Penggunaan CMC dalam Industri Bateri

Apakah natrium karboksimetil selulosa?

Sodium Carboxymethyl cellulose, (juga dipanggil: Carboxymethyl cellulose sodium salt, Carboxymethyl cellulose, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) ialah jenis gentian yang paling banyak digunakan di dunia, dos maksimum.

Cmc-na ialah terbitan selulosa dengan tahap pempolimeran 100~2000 dan berat molekul 242.16. Serbuk berserabut atau berbutir putih. Tidak berbau, tidak berasa, tidak berasa, higroskopik, tidak larut dalam pelarut organik. Kertas kerja ini terutamanya untuk memahami penggunaan natrium karboksimetil selulosa dalam butiran bateri ion litium.

Kemajuan dalam penggunaan Sodium carboxymethyl cellulose CMCdalam bateri litium ion

Pada masa ini, polivinilidena fluorida [pVDF, (CH: A CF:)] digunakan secara meluas sebagai pengikat dalam pengeluaran bateri litium ion. . PVDF bukan sahaja mahal, juga perlu digunakan dalam proses permohonan bahan letupan, mesra kepada persekitaran pelarut organik, seperti N metil yang alkana keton (NMp) dan keperluan kelembapan udara untuk proses pengeluaran dengan ketat, juga mudah dengan tertanam. logam litium, litium grafit tindak balas sekunder, terutamanya dalam keadaan suhu tinggi, risiko spontan pelarian haba. Sodium carboxymethyl cellulose (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 boleh meningkatkan kapasiti bateri, memanjangkan hayat kitaran. Dalam makalah ini, peranan CMC dalam prestasi bateri ion litium telah dikaji semula, dan mekanisme CMC meningkatkan prestasi bateri diringkaskan daripada aspek kestabilan terma, kekonduksian elektrik dan ciri elektrokimia.

1. Struktur dan prestasi CMC

1) Struktur CMC

CMC biasanya dikelaskan mengikut darjah penggantian (Ds) yang berbeza, dan morfologi dan prestasi produk sangat dipengaruhi oleh Ds. LXie et al. mempelajari THE CMC dengan Ds daripada pasangan H yang berbeza Na. Keputusan analisis SEM menunjukkan bahawa CMC-Li-1 (Ds = 1.00) mempersembahkan struktur berbutir, dan CMC-Li-2 (Ds = 0.62) mempersembahkan struktur linear. Penyelidikan M. E et al membuktikan bahawa CMC. Getah stirena butadiena (SBR) boleh menghalang penggumpalan 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 terma pengikat yang berbeza. Suhu kritikal pVDF ialah kira-kira 4500C. Apabila mencapai 500 ℃, penguraian pesat berlaku dan jisim berkurangan 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 terurai daripada pVDF pada akhir hayat bateri.

2.2 )Kekonduksian elektrik

S. Chou et al. Keputusan ujian menunjukkan bahawa kerintangan CMCLI-1, CMC-Li-2 dan pVDF masing-masing ialah 0.3154 Mn·m dan 0.2634 Mn. M dan 20.0365 Mn·m, menunjukkan bahawa kerintangan pVDF adalah 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 elektrod berasaskan poli-sulfonat (AQ) apabila pengikat berbeza digunakan. Pengikat yang berbeza mempunyai tindak balas pengoksidaan dan pengurangan yang berbeza, jadi potensi puncak adalah berbeza. Antaranya, potensi pengoksidaan CMCLi ialah 2.15V, dan potensi pengurangan ialah 2.55V. Potensi pengoksidaan dan potensi penurunan pVDF ialah 2.605 V dan 1.950 V masing-masing. Berbanding dengan lengkung voltammetri kitaran dua masa sebelumnya, perbezaan potensi puncak puncak pengurangan pengoksidaan apabila pengikat CMCLi digunakan adalah lebih kecil daripada ketika pVDF digunakan, menunjukkan bahawa tindak balas kurang terhalang dan pengikat CMCLi lebih kondusif untuk berlakunya tindak balas pengoksidaan-penurunan.

2. Kesan penggunaan 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 yang menggunakan CMC mempunyai kapasiti spesifik boleh balik sebanyak 700mAh/g untuk kali pertama dan masih mempunyai 597mAh/g selepas kitaran 4O, yang mana adalah lebih baik daripada bateri menggunakan pVDF. Jh Lee et al. mengkaji pengaruh Ds CMC terhadap kestabilan ampaian grafit dan percaya bahawa kualiti cecair ampaian ditentukan oleh Ds. Pada DS 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 bahan anod silikon – aloi timah. Elektrod NiO telah disediakan dengan kepekatan yang berbeza (0.1mouL, 0.3mol/L dan 0.5mol/L) CMC dan pengikat pVDF, dan dicas dan dinyahcas pada 1.5-3.5V dengan arus 0.1c. Semasa kitaran pertama, kapasiti sel pengikat pVDF adalah lebih tinggi daripada sel pengikat CMC. Apabila bilangan kitaran mencapai lO, kapasiti nyahcas pengikat pVDF berkurangan dengan jelas. Selepas kitaran 4JD, kapasiti nyahcas khusus 0.1movL, 0.3MOUL dan 0.5MovLPVDF pengikat masing-masing menurun kepada 250mAh/g, 157mAtv 'g dan 102mAh/g: Kapasiti khusus nyahcas bateri dengan 0.1 moL/L0.3 moL/g. dan pengikat 0.5 moL/LCMC masing-masing disimpan pada 698mAh/g, 555mAh/g dan 550mAh/g.

Pengikat CMC digunakan pada LiTI0. : dan zarah nano SnO2 dalam pengeluaran perindustrian. Menggunakan CMC sebagai pengikat, LiFepO4 dan Li4TI50l2 sebagai bahan aktif positif dan negatif, masing-masing, dan menggunakan pYR14FS1 sebagai elektrolit kalis api, bateri telah dikitar 150 kali pada arus 0.1c pada 1.5v ~ 3.5V pada suhu, dan spesifik positif kapasitansi dikekalkan pada 140mAh/g. Di antara pelbagai garam logam dalam CMC, CMCLi memperkenalkan ion logam lain, yang boleh menghalang "tindak balas pertukaran (vii)" dalam elektrolit semasa peredaran.

2) Mekanisme peningkatan prestasi

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

Tindak balas kumpulan hidroksil dan kumpulan hidroksil dalam pengikat karboksimetil CMC-Li akan membentuk ikatan kovalen; Di bawah tindakan daya medan elektrik, U boleh memindahkan pada rantai molekul atau rantai molekul bersebelahan, iaitu, struktur rantai molekul tidak akan rosak; Akhirnya, Lj akan terikat dengan zarah AQ. Ini menunjukkan bahawa penggunaan CMCLi bukan sahaja meningkatkan kecekapan pemindahan Li, tetapi juga meningkatkan kadar penggunaan AQ. Semakin tinggi kandungan cH: COOLi dan 10Li dalam rantai molekul, semakin mudah pemindahan Li. 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 rendah. Untuk meneroka lebih lanjut mekanisme pengikat CMCLi dalam elektrod, CMC-Li-1 digunakan sebagai bahan aktif dan kesimpulan yang serupa diperolehi. Li bertindak balas dengan satu cH, COOH dan satu 0H daripada CMC Li dan menghasilkan cH: COOLi dan satu 0 “masing-masing, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan (1) dan (2)

Apabila 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 ialah polimer konduktif yang menyediakan laluan pengangkutan untuk Li mencapai permukaan zarah AQ. Pengikat CMCLi mempunyai kekonduksian elektronik dan ionik yang baik, yang menghasilkan prestasi elektrokimia yang baik dan hayat kitaran panjang elektrod CMCLi. JS Bridel et al. menyediakan anod bateri litium ion menggunakan bahan komposit silikon/karbon/polimer dengan pengikat yang berbeza untuk mengkaji pengaruh interaksi antara silikon dan polimer terhadap 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 sendiri dan boleh melaraskan tekanan bahan yang semakin meningkat semasa proses berbasikal untuk mengekalkan kestabilan struktur bahan. Dengan CMC sebagai pengikat, kapasiti anod silikon boleh disimpan melebihi 1000mAh/g dalam sekurang-kurangnya 100 kitaran, dan kecekapan coulomb adalah hampir 99.9%.

3, kesimpulan

Sebagai pengikat, bahan CMC boleh digunakan dalam pelbagai jenis bahan elektrod seperti grafit semula jadi, mikrosfera karbon fasa meso (MCMB), litium titanat, bahan anod berasaskan silikon berasaskan timah dan bahan anod fosfat besi litium, yang boleh meningkatkan bateri. kapasiti, kestabilan kitaran dan hayat kitaran berbanding dengan pYDF. Ia memberi manfaat kepada kestabilan terma, kekonduksian elektrik dan sifat elektrokimia bahan CMC. Terdapat dua mekanisme utama untuk CMC meningkatkan prestasi bateri ion litium:

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

(2) CMC mempunyai kekonduksian elektron dan ion yang baik dan boleh menggalakkan pemindahan Li