CMC нь батерейны үйлдвэрлэлд ашигладаг

Натрийн карбоксиметил целлюлоз гэж юу вэ?

Натрийн карбоксиметил целлюлоз, (мөн: Карбоксиметил целлюлоз натрийн давс, Карбоксиметил целлюлоз, CMC, Карбоксиметил, ЦеллюлозНатри, Натри, СалтофКабоксиМетилЦеллюлоз) нь дэлхийн хамгийн өргөн хэрэглэгддэг эслэгийн төрөл бөгөөд дээд зэргийн тун юм.

Cmc-na нь 100~2000 полимержих зэрэгтэй, 242.16 молекул жинтэй целлюлозын дериватив юм. Цагаан фиброз эсвэл мөхлөгт нунтаг. Үнэргүй, амтгүй, амтгүй, гигроскоп, органик уусгагчид уусдаггүй. Энэхүү нийтлэл нь голчлон литийн ион батерейнд натрийн карбоксиметил целлюлозын хэрэглээг ойлгоход зориулагдсан болно.

Натрийн карбоксиметил целлюлозын хэрэглээний ахиц дэвшил CMCлити ион батерейнд

Одоогийн байдлаар поливинилиден фтор [pVDF, (CH: A CF:)] нь лити ион батерейны үйлдвэрлэлд холбогч бодис болгон өргөн хэрэглэгддэг. . PVDF нь зөвхөн өндөр өртөгтэй төдийгүй тэсрэх аюултай, байгаль орчинд ээлтэй органик уусгагч, тухайлбал N метил, алкан кетон (NMp) болон үйлдвэрлэлийн процесст тавигдах агаарын чийгшлийн шаардлагыг чанд мөрдөж, амархан шингээдэг. металл лити, литийн бал чулуу хоёрдогч урвал, ялангуяа өндөр температурын нөхцөлд, дулааны гүйлтийн аяндаа эрсдэлтэй. Усанд уусдаг холбогч натрийн карбоксиметил целлюлоз (CMC) нь электродын материалыг pVDF-ийн орлуулагч болгон ашигладаг бөгөөд энэ нь NMp ашиглахаас зайлсхийж, зардлыг бууруулж, хүрээлэн буй орчны бохирдлыг бууруулдаг. Үүний зэрэгцээ үйлдвэрлэлийн процесс нь орчны чийгшил шаарддаггүй, харин батерейны хүчин чадлыг сайжруулж, мөчлөгийн хугацааг уртасгах боломжтой. Энэхүү нийтлэлд литийн ион батерейны гүйцэтгэлд CMC-ийн гүйцэтгэх үүргийг авч үзсэн бөгөөд дулааны тогтвортой байдал, цахилгаан дамжуулах чанар, цахилгаан химийн шинж чанаруудын талаас CMC-ийн батерейны ажиллагааг сайжруулах механизмыг нэгтгэн дүгнэсэн болно.

1. CMC-ийн бүтэц, гүйцэтгэл

1) CMC-ийн бүтэц

CMC-ийг ерөнхийд нь орлуулалтын янз бүрийн зэрэглэлээр (Ds) ангилдаг бөгөөд бүтээгдэхүүний морфологи, гүйцэтгэлд Ds ихээхэн нөлөөлдөг. LXie нар. THE CMC-ийг өөр өөр H хос Na-ийн D-ээр судалсан. SEM шинжилгээний үр дүнгээс харахад CMC-Li-1 (Ds = 1.00) нь мөхлөгт бүтцийг, CMC-Li-2 (Ds = 0.62) нь шугаман бүтцийг харуулсан. M. E болон бусад нарын судалгаагаар CMC. Стирол бутадиен резин (SBR) нь Li:O-ийн бөөгнөрөлийг дарангуйлж, интерфэйсийн бүтцийг тогтворжуулах чадвартай бөгөөд энэ нь цахилгаан химийн гүйцэтгэлд тустай.

2) CMC-ийн гүйцэтгэл

2.1)Дулааны тогтвортой байдал

Zj Han нар. янз бүрийн холбогч бодисын дулааны тогтвортой байдлыг судалсан. pVDF-ийн чухал температур нь ойролцоогоор 4500С байна. 500 ℃ хүрэхэд хурдан задрал үүсч, масс нь ойролцоогоор 70% -иар буурдаг. Температур 600 хэмд хүрэхэд масс нь 70% -иар буурчээ. Температур 300оС хүрэхэд CMC-Li-ийн масс 70% -иар буурсан байна. Температур 400℃ хүрэхэд CMC-Li-ийн масс 10% -иар буурсан байна. Батерейны ашиглалтын хугацаа дуусахад CMCL нь pVDF-ээс илүү амархан задардаг.

2.2)Цахилгаан дамжуулах чанар

S. Chou нар. Туршилтын үр дүнгээс харахад CMCLI-1, CMC-Li-2 болон pVDF-ийн эсэргүүцэл нь 0.3154 Mn·m ба 0.2634 Mn байна. M ба 20.0365 Mn·m байгаа нь pVDF-ийн эсэргүүцэл нь CMCLi-ээс их, CMC-LI-ийн дамжуулалт нь pVDF-ээс сайн, CMCLI.1-ийн дамжуулалт нь CMCLI.2-ээс бага байгааг харуулж байна.

2.3)Цахилгаан химийн гүйцэтгэл

FM Courtel нар. Поли-сульфонат (AQ) дээр суурилсан электродуудын циклийн вольтметрийн муруйг өөр өөр холбогч хэрэглэх үед судалсан. Янз бүрийн холбогч бодисууд исэлдэх, багасгах урвалууд өөр өөр байдаг тул оргил потенциал нь өөр өөр байдаг. Тэдгээрийн дотроос CMCLi-ийн исэлдэлтийн потенциал нь 2.15V, буурах чадвар нь 2.55V байна. pVDF-ийн исэлдэлтийн потенциал ба бууралтын потенциал нь 2.605 В ба 1.950 В байв. Өмнөх хоёр удаагийн циклик вольтметрийн муруйтай харьцуулахад CMCLi холбогчийг ашиглах үед исэлдэх-багарах оргилын оргил потенциалын зөрүү нь pVDF ашигласан үеийнхээс бага байсан нь урвалд саад багатай, CMCLi холбогч нь илүү таатай байсныг харуулж байна. исэлдэх-багадах урвал үүсэх.

2. CMC-ийн хэрэглээний нөлөө, механизм

1) Хэрэглээний нөлөө

Пж Суо нар. pVDF болон CMC-ийг холбогч болгон ашиглах үед Si/C нийлмэл материалын цахилгаан химийн гүйцэтгэлийг судалж үзээд CMC ашигласан батерей нь анх удаагаа 700 мАч/г урвуу хүчин чадалтай байсан ба 4O циклийн дараа 597 мАч/г хэвээр байгааг олж мэдсэн. pVDF ашигласан батерейгаас илүү байсан. Jh Lee нар. бал чулуу суспензийн тогтвортой байдалд CMC-ийн D-ийн нөлөөллийг судалж, суспензийн шингэний чанарыг Д. Бага DS үед CMC нь хүчтэй гидрофобик шинж чанартай бөгөөд усыг зөөвөрлөгч болгон ашиглах үед бал чулууны гадаргуутай урвалыг нэмэгдүүлдэг. CMC нь цахиур - цагаан тугалга хайлштай анодын материалын мөчлөгийн шинж чанарыг тогтвортой байлгах давуу талтай. NiO электродуудыг өөр өөр концентрацитай (0.1моль, 0.3моль/л ба 0.5моль/л) CMC ба pVDF холбогчоор бэлтгэж, 1.5-3.5V-д 0.1c гүйдлээр цэнэглэж, цэнэггүй болгосон. Эхний мөчлөгийн үед pVDF холбогч эсийн багтаамж нь CMC холбогч эсийнхээс өндөр байсан. Циклийн тоо lO-д хүрэхэд pVDF холбогчийг гадагшлуулах чадвар нь илт буурдаг. 4JD мөчлөгийн дараа 0.1movL, 0.3MOUL ба 0.5MovLPVDF холбогч бодисуудын тусгай цэнэгийн хүчин чадал 250mAh/g, 157mAtv 'g болон 102mAh/g хүртэл буурчээ: 0.1mL/L3.L3.L3 батерейны цэнэгийн тусгай хүчин чадал. ба 0.5 moL/LCMC холбогчийг 698mAh/g, 555mAh/g болон 550mAh/g-д тус тус хадгалсан.

CMC холбогчийг LiTI0 дээр ашигладаг. : болон үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэлд SnO2 нано хэсгүүд. CMC-ийг холбогч болгон, LiFepO4 ба Li4TI50l2-ийг эерэг ба сөрөг идэвхтэй материал болгон, галд тэсвэртэй электролит болгон pYR14FS1-ийг ашигласнаар батарейг 0.1c гүйдлээр 1.5v ~ 3.5V температурт, эерэг хувийн үзүүлэлтээр 150 удаа эргүүлсэн. багтаамж нь 140 мАч/г хэвээр байна. CMC дахь янз бүрийн металлын давсуудын дунд CMCLi нь эргэлтийн явцад электролит дахь "солилцооны урвал (vii)" -ийг саатуулдаг бусад металлын ионуудыг нэвтрүүлдэг.

2) Гүйцэтгэлийг сайжруулах механизм

CMC Li холбогч нь лити батерей дахь AQ суурь электродын цахилгаан химийн гүйцэтгэлийг сайжруулж чадна. M. E нар. -4 механизмын талаар урьдчилсан судалгаа хийж, AQ электрод дахь CMC-Li тархалтын загварыг санал болгосон. CMCLi-ийн сайн гүйцэтгэл нь OH-ийн үүсгэсэн устөрөгчийн бондын хүчтэй холболтоос үүдэлтэй бөгөөд энэ нь торон бүтцийг үр дүнтэй бүрдүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг. Гидрофиль CMC-Li нь органик электролитэд уусдаггүй тул батерейнд сайн тогтвор суурьшилтай, электродын бүтцэд хүчтэй наалддаг тул батерейг сайн тогтвортой болгодог. CMC-Li-ийн молекулын гинжин хэлхээнд олон тооны функциональ бүлгүүд байдаг тул Cmc-li холбогч нь сайн Li дамжуулалттай байдаг. Цутгах үед Li-тай ажиллах үр дүнтэй бодисын хоёр эх үүсвэр байдаг: (1) электролит дэх Li; (2) Идэвхтэй бодисын үр дүнтэй төвийн ойролцоо CMC-Li-ийн молекулын гинжин хэлхээнд Li.

Карбоксиметил CMC-Li холбогч дахь гидроксил бүлэг ба гидроксил бүлгийн урвал нь ковалент холбоо үүсгэдэг; Цахилгаан талбайн хүчний нөлөөн дор U нь молекулын гинж эсвэл зэргэлдээх молекулын гинжин хэлхээнд шилжих боломжтой, өөрөөр хэлбэл молекулын гинжин хэлхээний бүтэц гэмтэхгүй; Эцэст нь Lj нь AQ бөөмстэй холбогдоно. Энэ нь CMCLi-ийн хэрэглээ нь Li-ийн дамжуулалтын үр ашгийг сайжруулаад зогсохгүй AQ-ийн ашиглалтын түвшинг сайжруулж байгааг харуулж байна. Молекулын гинжин хэлхээнд chH: COOLi ба 10Li-ийн агууламж өндөр байх тусам Li-ийг шилжүүлэхэд хялбар болно. M. Arrmand нар. -COOH эсвэл OH-ийн органик нэгдлүүд нь 1 Li-тай харилцан үйлчилж, бага потенциалтай үед 1 C00Li эсвэл 1 0Li үүсгэдэг гэж үздэг. Электрод дахь CMCLi холбогч бодисын механизмыг цаашид судлахын тулд CMC-Li-1-ийг идэвхтэй материал болгон ашигласан бөгөөд үүнтэй төстэй дүгнэлтийг гаргасан. Li нь CMC Li-аас нэг cH, COOH ба нэг 0H-тэй урвалд орж, (1) ба (2) тэгшитгэлд үзүүлсэн шиг cH: COOLi ба нэг 0 "тус тус бүрийг үүсгэдэг.

cH, COOLi, OLi-ийн тоо нэмэгдэхийн хэрээр CMC-Li-ийн THE DS нэмэгддэг. Энэ нь AQ бөөмийн гадаргуугийн холбогчоос бүрдэх органик давхарга нь илүү тогтвортой болж, Li-г шилжүүлэхэд хялбар болохыг харуулж байна. CMCLi нь дамжуулагч полимер бөгөөд Li-г AQ хэсгүүдийн гадаргуу дээр хүрэх тээвэрлэлтийн замыг хангадаг. CMCLi холбогч нь электрон болон ионы дамжуулалт сайтай байдаг бөгөөд энэ нь CMCLi электродуудын цахилгаан химийн сайн гүйцэтгэл, урт хугацааны мөчлөгт хүргэдэг. JS Bridel et al. Цахиур ба полимер хоорондын харилцан үйлчлэлийн нөлөөллийг янз бүрийн холбогч бодис бүхий цахиур/нүүрстөрөгч/полимер нийлмэл материал ашиглан литийн ион батерейны анод бэлтгэж, батерейны ерөнхий гүйцэтгэлд CMC-ийг холбогч болгон ашиглахад хамгийн сайн үзүүлэлттэй болохыг тогтоожээ. Цахиур ба CMC-ийн хооронд хүчтэй устөрөгчийн холбоо байдаг бөгөөд энэ нь өөрөө өөрийгөө эдгээх чадвартай бөгөөд материалын бүтцийн тогтвортой байдлыг хадгалахын тулд эргэлтийн процессын явцад материалын нэмэгдэж буй стрессийг тохируулж чаддаг. Биндэр болгон CMC-ийн тусламжтайгаар цахиурын анодын багтаамжийг дор хаяж 100 циклд 1000mAh/g-аас дээш байлгах боломжтой ба кулонын үр ашиг нь 99.9% дөхөж байна.

3, дүгнэлт

Биндэрийн хувьд CMC материалыг байгалийн бал чулуу, мезо фазын нүүрстөрөгчийн микро бөмбөрцөг (MCMB), литийн титанат, цагаан тугалга дээр суурилсан цахиурын анод материал, литийн төмрийн фосфатын анод материал зэрэг янз бүрийн төрлийн электродын материалд ашиглаж болох бөгөөд энэ нь зайг сайжруулдаг. хүчин чадал, мөчлөгийн тогтвортой байдал, мөчлөгийн ашиглалтын хугацаа pYDF-тэй харьцуулахад. Энэ нь CMC материалын дулааны тогтвортой байдал, цахилгаан дамжуулах чанар, цахилгаан химийн шинж чанарт тустай. Лити-ион батерейны ажиллагааг сайжруулахын тулд CMC-д хоёр үндсэн механизм байдаг:

(1) CMC-ийн тогтвортой холболтын гүйцэтгэл нь батерейны тогтвортой ажиллагааг олж авахад зайлшгүй шаардлагатай урьдчилсан нөхцөлийг бүрдүүлдэг;

(2) CMC нь электрон ба ионы дамжуулалт сайтай бөгөөд Li дамжуулалтыг дэмждэг