CMC बॅटरी उद्योगात वापरते

सोडियम कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज म्हणजे काय??

सोडियम कार्बोक्सिमेथिल सेल्युलोज, (यालाही म्हणतात: कार्बोक्सिमेथिल सेल्युलोज सोडियम मीठ, कार्बोक्सिमेथिल सेल्युलोज, CMC, कार्बोक्सिमेथाइल, सेल्युलोजसोडियम, सोडियमसाल्टोफकॅबॉक्सीमेथिल सेल्युलोज) हा जगातील सर्वाधिक प्रमाणात वापरला जाणारा फायबरचा प्रकार आहे, त्याचा डोस कमाल आहे.

Cmc-na हे 100~2000 च्या पॉलिमरायझेशन डिग्री आणि 242.16 च्या आण्विक वजनासह सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह आहे. पांढरा तंतुमय किंवा दाणेदार पावडर. गंधहीन, चवहीन, चवहीन, हायग्रोस्कोपिक, सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्समध्ये अघुलनशील. लिथियम आयन बॅटरीच्या तपशिलांमध्ये सोडियम कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोजचा वापर समजून घेण्यासाठी हा पेपर प्रामुख्याने आहे.

सोडियम कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोजच्या वापरामध्ये प्रगती CMCलिथियम आयन बॅटरीमध्ये

सध्या, लिथियम आयन बॅटरियांच्या निर्मितीमध्ये पॉलिव्हिनालिडीन फ्लोराइड [pVDF, (CH: A CF:)] चा वापर मोठ्या प्रमाणावर बाईंडर म्हणून केला जातो. . PVDF हे केवळ महागच नाही, तर स्फोटक वापरण्याच्या प्रक्रियेत देखील वापरणे आवश्यक आहे, सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्सच्या पर्यावरणास अनुकूल, जसे की एन मिथाइल जे उत्पादन प्रक्रियेसाठी अल्केन केटोन (NMp) आणि हवेतील आर्द्रतेची आवश्यकता काटेकोरपणे, अगदी सहजपणे एम्बेडेडसह देखील आहे. मेटल लिथियम, लिथियम ग्रेफाइट दुय्यम प्रतिक्रिया, विशेषत: उच्च तापमानाच्या स्थितीत, थर्मल पळून जाण्याचा उत्स्फूर्त धोका. सोडियम कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज (CMC), पाण्यात विरघळणारा बाईंडर, इलेक्ट्रोड सामग्रीसाठी pVDF चा पर्याय म्हणून वापरला जातो, जो NMp चा वापर टाळू शकतो, खर्च कमी करू शकतो आणि पर्यावरणीय प्रदूषण कमी करू शकतो. त्याच वेळी, उत्पादन प्रक्रियेस पर्यावरणीय आर्द्रता आवश्यक नसते, परंतु बॅटरीची क्षमता देखील सुधारते, सायकलचे आयुष्य वाढवते. या पेपरमध्ये, लिथियम आयन बॅटरीच्या कामगिरीमध्ये CMC च्या भूमिकेचे पुनरावलोकन केले गेले आणि CMC ची बॅटरी कार्यप्रदर्शन सुधारण्याची यंत्रणा थर्मल स्थिरता, विद्युत चालकता आणि इलेक्ट्रोकेमिकल वैशिष्ट्यांच्या पैलूंमधून सारांशित करण्यात आली.

1. CMC ची रचना आणि कार्यप्रदर्शन

1) CMC रचना

सीएमसीचे सामान्यत: वेगवेगळ्या प्रमाणात प्रतिस्थापन (Ds) वर्गीकरण केले जाते, आणि उत्पादनाचे आकारविज्ञान आणि कार्यप्रदर्शन Ds द्वारे मोठ्या प्रमाणात प्रभावित होते. LXie et al. Na च्या वेगवेगळ्या H जोडीच्या Ds सह CMC चा अभ्यास केला. SEM विश्लेषण परिणामांनी दर्शविले की CMC-Li-1 (Ds = 1.00) ने दाणेदार रचना सादर केली आणि CMC-Li-2 (Ds = 0.62) ने रेखीय रचना सादर केली. M. E et al च्या संशोधनाने हे सिद्ध केले की CMC. स्टायरीन बुटाडीन रबर (SBR) Li: O च्या एकत्रीकरणास प्रतिबंध करू शकते आणि इंटरफेस संरचना स्थिर करू शकते, जे इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेसाठी फायदेशीर आहे.

2) CMC कामगिरी

२.१)थर्मल स्थिरता

Zj हान आणि इतर. वेगवेगळ्या बाईंडरच्या थर्मल स्थिरतेचा अभ्यास केला. pVDF चे गंभीर तापमान सुमारे 4500C आहे. 500 ℃ पर्यंत पोहोचल्यावर, जलद विघटन होते आणि वस्तुमान सुमारे 70% कमी होते. जेव्हा तापमान 600 डिग्री सेल्सियस पर्यंत पोहोचले तेव्हा वस्तुमान आणखी 70% ने कमी झाले. जेव्हा तापमान 300oC पर्यंत पोहोचले तेव्हा CMC-Li चे वस्तुमान 70% ने कमी झाले. जेव्हा तापमान 400 ℃ पर्यंत पोहोचले तेव्हा CMC-Li चे वस्तुमान 10% ने कमी झाले. CMCLi बॅटरीचे आयुष्य संपल्यावर pVDF पेक्षा अधिक सहजपणे विघटित होते.

२.२)विद्युत चालकता

एस. चौ आणि इतर. च्या चाचणी परिणामांवरून असे दिसून आले की CMCLI-1, CMC-Li-2 आणि pVDF ची प्रतिरोधकता अनुक्रमे 0.3154 Mn·m आणि 0.2634 Mn होती. M आणि 20.0365 Mn·m, हे दर्शविते की pVDF ची प्रतिरोधकता CMCLi पेक्षा जास्त आहे, CMC-LI ची चालकता pVDF पेक्षा चांगली आहे आणि CMCLI.1 ची चालकता CMCLI.2 पेक्षा कमी आहे.

२.३)इलेक्ट्रोकेमिकल कामगिरी

एफएम कोर्टेल इ. पॉली-सल्फोनेट (AQ) आधारित इलेक्ट्रोडच्या चक्रीय व्होल्टमेट्री वक्रांचा अभ्यास केला जेव्हा भिन्न बाइंडर वापरण्यात आले. भिन्न बाइंडरमध्ये भिन्न ऑक्सिडेशन आणि घट प्रतिक्रिया असतात, म्हणून शिखर क्षमता भिन्न असते. त्यापैकी, CMCLi ची ऑक्सिडेशन क्षमता 2.15V आहे, आणि घट होण्याची क्षमता 2.55V आहे. pVDF ची ऑक्सिडेशन क्षमता आणि कपात क्षमता अनुक्रमे 2.605 V आणि 1.950 V होती. मागील दोन वेळेच्या चक्रीय व्होल्टमेट्री वक्रांच्या तुलनेत, जेव्हा CMCLi बाइंडर वापरला गेला तेव्हा ऑक्सिडेशन-रिडक्शन पीकचा संभाव्य फरक हा pVDF वापरल्या गेलेल्या पेक्षा कमी होता, हे दर्शविते की प्रतिक्रिया कमी अडथळा आणली होती आणि CMCLi बाईंडर अधिक अनुकूल होते. ऑक्सिडेशन-कपात प्रतिक्रियाची घटना.

2. सीएमसीचा अनुप्रयोग प्रभाव आणि यंत्रणा

1) अनुप्रयोग प्रभाव

Pj Suo et al. जेव्हा pVDF आणि CMC चा वापर बाईंडर म्हणून केला जातो तेव्हा Si/C संमिश्र सामग्रीच्या इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेचा अभ्यास केला आणि असे आढळून आले की CMC वापरणाऱ्या बॅटरीची प्रथमच 700mAh/g ची उलट करता येणारी विशिष्ट क्षमता होती आणि 4O चक्रानंतरही 597mAh/g होती, जी pVDF वापरून बॅटरीपेक्षा श्रेष्ठ होती. झा ली आणि इतर. ग्रेफाइट निलंबनाच्या स्थिरतेवर CMC च्या Ds च्या प्रभावाचा अभ्यास केला आणि विश्वास ठेवला की निलंबनाची द्रव गुणवत्ता Ds द्वारे निर्धारित केली जाते. कमी डीएसमध्ये, सीएमसीमध्ये मजबूत हायड्रोफोबिक गुणधर्म आहेत आणि जेव्हा पाणी माध्यम म्हणून वापरले जाते तेव्हा ग्रेफाइट पृष्ठभागासह प्रतिक्रिया वाढवू शकते. सिलिकॉन - टिन मिश्र धातु ॲनोड सामग्रीच्या चक्रीय गुणधर्मांची स्थिरता राखण्यात CMC चे फायदे देखील आहेत. NiO इलेक्ट्रोड वेगवेगळ्या एकाग्रता (0.1mouL, 0.3mol/L आणि 0.5mol/L) CMC आणि pVDF बाईंडरसह तयार केले गेले आणि 0.1c च्या करंटसह 1.5-3.5V वर चार्ज आणि डिस्चार्ज केले गेले. पहिल्या चक्रादरम्यान, pVDF बाईंडर सेलची क्षमता CMC बाईंडर सेलपेक्षा जास्त होती. जेव्हा चक्रांची संख्या lO पर्यंत पोहोचते, तेव्हा pVDF बाईंडरची डिस्चार्ज क्षमता स्पष्टपणे कमी होते. 4JD चक्रानंतर, 0.1movL, 0.3MOUL आणि 0.5MovLPVDF बाइंडरची विशिष्ट डिस्चार्ज क्षमता अनुक्रमे 250mAh/g, 157mAtv 'g आणि 102mAh/g पर्यंत कमी झाली: 0.3 moL/L0, moL/L सह बॅटरीची डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता. आणि 0.5 moL/LCMC बाईंडर अनुक्रमे 698mAh/g, 555mAh/g आणि 550mAh/g वर ठेवले होते.

LiTI0 वर CMC बाईंडर वापरला जातो. : आणि औद्योगिक उत्पादनात SnO2 नॅनोकण. बाइंडर म्हणून CMC, LiFepO4 आणि Li4TI50l2 चा अनुक्रमे सकारात्मक आणि नकारात्मक सक्रिय साहित्य म्हणून वापर करून, आणि pYR14FS1 चा फ्लेम रिटार्डंट इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापर करून, बॅटरी 1.5v ~ 3.5V तापमानात 0.1c च्या करंटवर 150 वेळा सायकल चालवली गेली आणि पॉझिटिव्ह विशिष्ट क्षमता 140mAh/g वर राखली गेली. CMC मधील विविध धातूंच्या क्षारांमध्ये, CMCLi इतर धातूच्या आयनांचा परिचय देते, जे अभिसरण दरम्यान इलेक्ट्रोलाइटमध्ये "एक्सचेंज प्रतिक्रिया (vii)" प्रतिबंधित करू शकतात.

2) कामगिरी सुधारण्याची यंत्रणा

CMC Li बाईंडर लिथियम बॅटरीमधील AQ बेस इलेक्ट्रोडची इलेक्ट्रोकेमिकल कामगिरी सुधारू शकतो. M. E et al. -4 ने यंत्रणेवर प्राथमिक अभ्यास केला आणि AQ इलेक्ट्रोडमध्ये CMC-Li च्या वितरणाचे मॉडेल प्रस्तावित केले. CMCLi ची चांगली कामगिरी OH द्वारे उत्पादित हायड्रोजन बाँड्सच्या मजबूत बाँडिंग प्रभावातून येते, जे जाळी संरचनांच्या कार्यक्षम निर्मितीमध्ये योगदान देते. हायड्रोफिलिक सीएमसी-ली ऑर्गेनिक इलेक्ट्रोलाइटमध्ये विरघळणार नाही, त्यामुळे बॅटरीमध्ये चांगली स्थिरता आहे आणि इलेक्ट्रोडच्या संरचनेला मजबूत चिकटून आहे, ज्यामुळे बॅटरी चांगली स्थिरता आहे. Cmc-li बाईंडरमध्ये चांगली Li चालकता आहे कारण CMC-Li च्या आण्विक साखळीवर मोठ्या संख्येने कार्यात्मक गट आहेत. डिस्चार्ज दरम्यान, ली सह कार्य करणारे प्रभावी पदार्थांचे दोन स्त्रोत आहेत: (1) इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ली; (2) सक्रिय पदार्थाच्या प्रभावी केंद्राजवळ CMC-Li च्या आण्विक साखळीवर Li.

कार्बोक्झिमेथिल सीएमसी-ली बाईंडरमध्ये हायड्रॉक्सिल ग्रुप आणि हायड्रॉक्सिल ग्रुपची प्रतिक्रिया सहसंयोजक बंध तयार करेल; इलेक्ट्रिक फील्ड फोर्सच्या कृती अंतर्गत, यू आण्विक साखळी किंवा समीप आण्विक साखळीवर हस्तांतरित करू शकते, म्हणजेच, आण्विक साखळीची रचना खराब होणार नाही; अखेरीस, Lj AQ कणाशी बद्ध होईल. हे सूचित करते की CMCLi चा वापर केवळ Li ची हस्तांतरण कार्यक्षमता सुधारत नाही तर AQ चा वापर दर देखील सुधारतो. आण्विक साखळीमध्ये cH: COOLi आणि 10Li ची सामग्री जितकी जास्त असेल तितके Li हस्तांतरण सोपे होईल. एम. अरमांड आणि इतर. असा विश्वास होता की -COOH किंवा OH चे सेंद्रिय संयुगे अनुक्रमे 1 ली सह प्रतिक्रिया देऊ शकतात आणि कमी क्षमतेवर 1 C00Li किंवा 1 0Li तयार करू शकतात. इलेक्ट्रोडमध्ये CMCLi बाईंडरची यंत्रणा अधिक एक्सप्लोर करण्यासाठी, CMC-Li-1 सक्रिय सामग्री म्हणून वापरली गेली आणि तत्सम निष्कर्ष प्राप्त झाले. Li एक cH, COOH आणि एक 0H सह CMC Li वरून प्रतिक्रिया देतो आणि cH निर्माण करतो: COOLi आणि एक 0 “अनुक्रमे, समीकरण (1) आणि (2) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे

जसजसे cH, COOLi आणि OLi ची संख्या वाढते, CMC-Li चे DS वाढते. हे दर्शविते की मुख्यतः AQ कण पृष्ठभाग बाईंडरने बनलेला सेंद्रिय स्तर अधिक स्थिर आणि Li हस्तांतरित करणे सोपे होते. CMCLi एक प्रवाहकीय पॉलिमर आहे जो Li ला AQ कणांच्या पृष्ठभागावर पोहोचण्यासाठी वाहतूक मार्ग प्रदान करतो. CMCLi बाइंडरमध्ये चांगली इलेक्ट्रॉनिक आणि आयनिक चालकता असते, ज्यामुळे चांगले इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यप्रदर्शन होते आणि CMCLi इलेक्ट्रोडचे दीर्घ चक्र आयुष्य असते. JS Bridel et al. सिलिकॉन/कार्बन/पॉलिमर संमिश्र सामग्रीचा वापर करून बॅटरीच्या एकूण कार्यक्षमतेवर सिलिकॉन आणि पॉलिमर यांच्यातील परस्परसंवादाच्या प्रभावाचा अभ्यास करण्यासाठी वेगवेगळ्या बाइंडरसह लिथियम आयन बॅटरीचा एनोड तयार केला आणि बाईंडर म्हणून वापरताना CMC ची कामगिरी सर्वोत्तम असल्याचे आढळले. सिलिकॉन आणि CMC यांच्यात एक मजबूत हायड्रोजन बाँड आहे, ज्यामध्ये स्वयं-उपचार करण्याची क्षमता आहे आणि भौतिक संरचनेची स्थिरता राखण्यासाठी सायकलिंग प्रक्रियेदरम्यान सामग्रीचा वाढता ताण समायोजित करू शकतो. बाइंडर म्हणून CMC सह, सिलिकॉन एनोडची क्षमता किमान 100 चक्रांमध्ये 1000mAh/g पेक्षा जास्त ठेवली जाऊ शकते आणि कूलॉम्ब कार्यक्षमता 99.9% च्या जवळ आहे.

3, निष्कर्ष

बाईंडर म्हणून, सीएमसी सामग्रीचा वापर विविध प्रकारच्या इलेक्ट्रोड सामग्रीमध्ये केला जाऊ शकतो जसे की नैसर्गिक ग्रेफाइट, मेसो-फेज कार्बन मायक्रोस्फेअर्स (एमसीएमबी), लिथियम टायटेनेट, टिन आधारित सिलिकॉन आधारित एनोड सामग्री आणि लिथियम लोह फॉस्फेट ॲनोड सामग्री, ज्यामुळे बॅटरी सुधारू शकते. pYDF च्या तुलनेत क्षमता, सायकल स्थिरता आणि सायकल लाइफ. हे थर्मल स्थिरता, विद्युत चालकता आणि CMC सामग्रीच्या इलेक्ट्रोकेमिकल गुणधर्मांसाठी फायदेशीर आहे. लिथियम आयन बॅटरीचे कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी CMC साठी दोन मुख्य यंत्रणा आहेत:

(1) CMC चे स्थिर बाँडिंग कार्यप्रदर्शन स्थिर बॅटरी कार्यप्रदर्शन प्राप्त करण्यासाठी आवश्यक पूर्व शर्त तयार करते;

(2) CMC ची इलेक्ट्रॉन आणि आयन चालकता चांगली आहे आणि ते Li हस्तांतरणास प्रोत्साहन देऊ शकते