CMC menggunakan dalam industri bateri

Apakah selulosa natrium carboxymethyl?

Natrium carboxymethyl selulosa, (juga dipanggil: garam natrium selulosa carboxymethyl, selulosa karboksimetil, CMC, carboxymethyl, cellulosesodium, natriumsaltofcaboxymethylcellulose) adalah jenis serat yang paling banyak digunakan di dunia, dosis maksimum di dunia.

CMC-NA adalah derivatif selulosa dengan tahap pempolimeran 100 ~ 2000 dan berat molekul 242.16. Serbuk berserabut putih atau berbutir. Tidak berbau, tidak enak, tidak enak, hygroscopic, tidak larut dalam pelarut organik. Makalah ini terutamanya untuk memahami aplikasi selulosa natrium karboksimetil dalam butiran bateri lithium ion.

Kemajuan dalam penggunaan natrium carboxymethyl selulosa Cmcdalam bateri lithium ion

Pada masa ini, polyvinylidene fluoride [PVDF, (CH: A CF :)] digunakan secara meluas sebagai pengikat dalam pengeluaran bateri lithium ion. . PVDF bukan sahaja mahal, juga perlu digunakan dalam proses penggunaan bahan letupan, mesra dengan persekitaran pelarut organik, seperti n metil yang mana keton alkana (NMP) dan keperluan kelembapan udara untuk proses pengeluaran dengan ketat, juga dengan mudah dengan tertanam Lithium logam, tindak balas sekunder grafit litium, terutamanya dalam keadaan suhu tinggi, risiko spontan pelarian haba. Natrium karboksimetil selulosa (CMC), pengikat larut air, digunakan sebagai pengganti PVDF untuk bahan elektrod, yang boleh mengelakkan penggunaan NMP, mengurangkan kos dan mengurangkan pencemaran alam sekitar. Pada masa yang sama, proses pengeluaran tidak memerlukan kelembapan alam sekitar, tetapi juga dapat meningkatkan kapasiti bateri, memanjangkan hayat kitaran. Dalam makalah ini, peranan CMC dalam prestasi bateri lithium ion telah dikaji semula, dan mekanisme CMC meningkatkan prestasi bateri diringkaskan dari aspek kestabilan haba, kekonduksian elektrik dan ciri -ciri elektrokimia.

1. Struktur dan prestasi CMC

1) Struktur CMC

CMC biasanya diklasifikasikan oleh tahap penggantian (DS) yang berbeza, dan morfologi dan prestasi produk sangat dipengaruhi oleh DS. LXIE et al. mengkaji CMC dengan DS pasangan H yang berbeza NA. Hasil analisis SEM menunjukkan bahawa CMC-LI-1 (DS = 1.00) membentangkan struktur granular, dan CMC-LI-2 (DS = 0.62) membentangkan struktur linear. Penyelidikan M. E et al membuktikan bahawa CMC. Styrene butadiene getah (SBR) boleh menghalang aglomerasi Li: O dan menstabilkan struktur antara muka, yang memberi manfaat kepada prestasi elektrokimia.

2) Prestasi CMC

2.1)Kestabilan terma

ZJ Han et al. mengkaji kestabilan haba pengikat yang berbeza. Suhu kritikal PVDF adalah kira -kira 4500C. Apabila mencapai 500 ℃, penguraian pesat berlaku dan jisim dikurangkan sebanyak kira -kira 70%. Apabila suhu mencapai 600 ℃, jisim dikurangkan lagi sebanyak 70%. Apabila suhu mencapai 300oC, jisim CMC-LI dikurangkan sebanyak 70%. Apabila suhu mencapai 400 ℃, jisim CMC-LI dikurangkan sebanyak 10%. CMCLI lebih mudah diuraikan daripada PVDF pada akhir hayat bateri.

2.2)Kekonduksian elektrik

S. Chou et al. Keputusan ujian menunjukkan bahawa resistiviti CMCLI-1, CMC-LI-2 dan PVDF masing-masing adalah 0.3154 mn · m dan 0.2634 mn. M dan 20.0365 mn · m, menunjukkan bahawa resistiviti PVDF lebih tinggi daripada CMCLI, kekonduksian CMC-LI adalah lebih baik daripada PVDF, dan kekonduksian CMCLI.1 adalah lebih rendah daripada CMCLI.2.

2.3)Prestasi elektrokimia

FM Courtel et al. mengkaji lengkung voltammetri kitaran poli-sulfonat (AQ) berasaskan elektrod apabila pengikat yang berbeza digunakan. Pengikat yang berbeza mempunyai reaksi pengoksidaan dan pengurangan yang berbeza, jadi potensi puncak adalah berbeza. Antaranya, potensi pengoksidaan CMCLI adalah 2.15V, dan potensi pengurangan ialah 2.55V. Potensi pengoksidaan dan potensi pengurangan PVDF masing -masing adalah 2.605 V dan 1.950 V. Berbanding dengan lengkung voltammetri kitaran dua kali sebelumnya, perbezaan potensi puncak puncak pengurangan pengoksidaan apabila pengikat cmcli digunakan lebih kecil daripada yang apabila PVDF digunakan, menunjukkan bahawa tindak balas kurang terhalang dan pengikat cmcli lebih kondusif untuk lebih sesuai untuk Kejadian tindak balas pengurangan pengoksidaan.

2. Kesan Permohonan dan Mekanisme CMC

1) Kesan permohonan

PJ Suo et al. mengkaji prestasi elektrokimia bahan komposit Si/C apabila PVDF dan CMC digunakan sebagai pengikat, dan mendapati bahawa bateri menggunakan CMC mempunyai kapasiti spesifik yang boleh diterbalik lebih tinggi daripada bateri menggunakan PVDF. JH Lee et al. mengkaji pengaruh DS CMC pada kestabilan penggantungan grafit dan percaya bahawa kualiti penggantungan cecair ditentukan oleh DS. Pada DS yang rendah, CMC mempunyai sifat hidrofobik yang kuat, dan boleh meningkatkan tindak balas dengan permukaan grafit apabila air digunakan sebagai media. CMC juga mempunyai kelebihan dalam mengekalkan kestabilan sifat kitaran silikon - bahan anod aloi timah. Elektrod NIO disediakan dengan kepekatan yang berbeza (0.1moul, 0.3mol/L dan 0.5mol/L) CMC dan PVDF pengikat, dan dikenakan dan dilepaskan pada 1.5-3.5V dengan arus 0.1c. Semasa kitaran pertama, kapasiti sel pengikat PVDF lebih tinggi daripada sel pengikat CMC. Apabila bilangan kitaran mencapai LO, kapasiti pelepasan pengikat PVDF berkurangan dengan jelas. Selepas kitaran 4JD, kapasiti pelepasan spesifik 0.1movl, 0.3moul dan 0.5movlpvdf pengikat menurun kepada 250mAh/g, 157matv 'g dan 102mAh/g, masing -masing: kapasiti spesifik bateri dengan 0.1 mol/l, 0.3 mol/l, dan pengikat 0.5 mol/LCMC disimpan pada 698mAh/g, 555mAh/g dan 550mAh/g, masing -masing.

Pengikat CMC digunakan pada liti0. : dan nanopartikel Sno2 dalam pengeluaran perindustrian. Menggunakan CMC sebagai pengikat, LifePo4 dan Li4Ti50L2 sebagai bahan aktif positif dan negatif, dan menggunakan Pyr14FS1 sebagai elektrolit retardan api, bateri dikitar semula 150 kali pada arus 0.1c pada 1.5V ~ 3.5V pada suhu, dan positif spesifik Kapasiti dikekalkan pada 140mAh/g. Di antara pelbagai garam logam di CMC, CMCLI memperkenalkan ion logam lain, yang boleh menghalang "reaksi pertukaran (vii)" dalam elektrolit semasa peredaran.

2) Mekanisme peningkatan prestasi

CMC Li Binder boleh meningkatkan prestasi elektrokimia elektrod asas AQ dalam bateri litium. M. E et al. -4 menjalankan kajian awal mengenai mekanisme dan mencadangkan model pengedaran CMC-LI dalam elektrod AQ. Prestasi CMCLI yang baik berasal dari kesan ikatan kuat ikatan hidrogen yang dihasilkan oleh OH, yang menyumbang kepada pembentukan struktur mesh yang cekap. CMC-LI hidrofilik tidak akan larut dalam elektrolit organik, jadi ia mempunyai kestabilan yang baik dalam bateri, dan mempunyai lekatan yang kuat untuk struktur elektrod, yang menjadikan bateri mempunyai kestabilan yang baik. Pengikat CMC-LI mempunyai kekonduksian yang baik kerana terdapat sejumlah besar kumpulan berfungsi pada rantaian molekul CMC-LI. Semasa pelepasan, terdapat dua sumber bahan berkesan yang bertindak dengan li: (1) li dalam elektrolit; (2) Li pada rantaian molekul CMC-LI berhampiran pusat berkesan bahan aktif.

Tindak balas kumpulan hidroksil dan kumpulan hidroksil dalam carboxymethyl CMC-LI Binder akan membentuk ikatan kovalen; Di bawah tindakan kuasa medan elektrik, anda boleh memindahkan rantaian molekul atau rantai molekul bersebelahan, iaitu, struktur rantai molekul tidak akan rosak; Akhirnya, LJ akan mengikat zarah AQ. Ini menunjukkan bahawa penggunaan CMCLI bukan sahaja meningkatkan kecekapan pemindahan LI, tetapi juga meningkatkan kadar penggunaan aq. Semakin tinggi kandungan CH: coli dan 10Li dalam rantaian molekul, pemindahan LI lebih mudah. M. Arrmand et al. percaya bahawa sebatian organik -COOH atau OH boleh bertindak balas dengan 1 li masing -masing dan menghasilkan 1 C00LI atau 1 0LI pada potensi yang rendah. Untuk terus meneroka mekanisme pengikat CMCLI dalam elektrod, CMC-LI-1 digunakan sebagai bahan aktif dan kesimpulan yang sama diperolehi. Li bertindak balas dengan satu ch, cooh dan satu 0h dari cmc li dan menghasilkan ch: coli dan satu 0 "masing -masing, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan (1) dan (2)

Oleh kerana bilangan CH, Cooli, dan OLI meningkat, DS CMC-LI meningkat. Ini menunjukkan bahawa lapisan organik yang terdiri terutamanya daripada pengikat permukaan zarah AQ menjadi lebih stabil dan lebih mudah untuk memindahkan LI. CMCLI adalah polimer konduktif yang menyediakan laluan pengangkutan untuk LI untuk mencapai permukaan zarah AQ. Pengikat CMCLI mempunyai kekonduksian elektronik dan ionik yang baik, yang menghasilkan prestasi elektrokimia yang baik dan kehidupan kitaran panjang elektrod CMCLI. JS Bridel et al. Menyediakan anod bateri ion lithium menggunakan bahan komposit silikon/karbon/polimer dengan pengikat yang berbeza untuk mengkaji pengaruh interaksi antara silikon dan polimer pada prestasi keseluruhan bateri, dan mendapati bahawa CMC mempunyai prestasi terbaik apabila digunakan sebagai pengikat. Terdapat ikatan hidrogen yang kuat antara silikon dan CMC, yang mempunyai keupayaan penyembuhan diri dan dapat menyesuaikan tekanan yang semakin meningkat dari bahan semasa proses berbasikal untuk mengekalkan kestabilan struktur material. Dengan CMC sebagai pengikat, kapasiti anod silikon boleh disimpan di atas 1000mAh/g dalam sekurang -kurangnya 100 kitaran, dan kecekapan Coulomb hampir 99.9%.

3, Kesimpulan

Sebagai pengikat, bahan CMC boleh digunakan dalam pelbagai jenis bahan elektrod seperti grafit semulajadi, meso-fasa karbon mikrosfera (MCMB), lithium titanate, bahan anod berasaskan silikon berasaskan timah dan bahan anoda litium fosfat besi, yang dapat meningkatkan bateri Kapasiti, kestabilan kitaran dan kehidupan kitaran berbanding dengan PYDF. Ia memberi manfaat kepada kestabilan haba, kekonduksian elektrik dan sifat elektrokimia bahan CMC. Terdapat dua mekanisme utama untuk CMC untuk meningkatkan prestasi bateri lithium ion:

(1) prestasi ikatan yang stabil CMC mewujudkan prasyarat yang diperlukan untuk mendapatkan prestasi bateri yang stabil;

(2) CMC mempunyai kekonduksian elektron dan ion yang baik dan boleh mempromosikan pemindahan li