CMC bruker i batteribransjen

Hva er natriumkarboksymetylcellulose?

Natriumkarboksymetylcellulose, (også kalt: karboksymetylcellulose natriumsalt, karboksymetylcellulose, CMC, karboksymetyl, cellulosesodium, natriumsaltofcaboksymetylcellulose) er verdens mest brukte typer fiber, dosering av maksimal.

CMC-NA er et cellulosderivat med en polymerisasjonsgrad på 100 ~ 2000 og en molekylvekt på 242,16. Hvit fibrøst eller granulært pulver. Luktfri, smakløs, smakløs, hygroskopisk, uoppløselig i organiske løsningsmidler. Denne artikkelen hovedsakelig for å forstå anvendelsen av natriumkarboksymetylcellulose i litiumionbatteridetaljer.

Fremgang i anvendelse av natriumkarboksymetylcellulose CMCi litiumionbatterier

For tiden er polyvinylidenfluorid [PVDF, (CH: A CF :)] mye brukt som bindemiddel i produksjonen av litiumionbatterier. . PVDF er ikke bare dyrt, trenger også å bruke i prosessen med å bruke eksplosivt, vennlig til miljøet til organiske løsningsmidler, så som N -metyl som alkaneton (NMP) og luftfuktighetskrav for produksjonsprosess strengt tatt, også enkelt med innebygd Metalllitium, litiumgrafitt sekundær reaksjon, spesielt i tilstanden til høy temperatur, en spontan risiko for termisk løp. Natriumkarboksymetylcellulose (CMC), et vannløselig bindemiddel, brukes som en erstatning av PVDF for elektrodematerialer, som kan unngå bruk av NMP, redusere kostnadene og redusere miljøforurensning. Samtidig krever ikke produksjonsprosessen miljøfuktighet, men kan også forbedre kapasiteten til batteriet og forlenge sykluslivet. I denne artikkelen ble CMCs rolle i ytelsen til litiumionbatteri gjennomgått, og mekanismen for CMC som forbedret batteriets ytelse ble oppsummert fra aspektene ved termisk stabilitet, elektrisk ledningsevne og elektrokjemiske egenskaper.

1. Struktur og ytelse av CMC

1) CMC -struktur

CMC er generelt klassifisert etter forskjellig substitusjonsgrad (DS), og produktmorfologien og ytelsen påvirkes sterkt av DS. Lxie et al. studerte CMC med DS av forskjellige H -par Na. SEM-analyseresultater viste at CMC-Li-1 (DS = 1,00) presenterte granulær struktur, og CMC-Li-2 (DS = 0,62) presenterte lineær struktur. Forskningen av M. E et al beviste at CMC. Styren butadiengummi (SBR) kan hemme agglomerasjonen av Li: O og stabilisere grensesnittstrukturen, noe som er gunstig for den elektrokjemiske ytelsen.

2) CMC ytelse

2.1)Termisk stabilitet

ZJ Han et al. studerte den termiske stabiliteten til forskjellige permer. Den kritiske temperaturen på PVDF er omtrent 4500C. Når du når 500 ℃, oppstår rask nedbrytning og massen reduseres med omtrent 70%. Da temperaturen nådde 600 ℃, ble massen ytterligere redusert med 70%. Da temperaturen nådde 300oC, ble massen av CMC-Li redusert med 70%. Da temperaturen nådde 400 ℃, ble massen av CMC-Li redusert med 10%. CMCLI er lettere dekomponert enn PVDF på slutten av batterilevetiden.

2.2)Den elektriske konduktiviteten

S. Chou et al. Testresultatene viste at resistiviteten til CMCLI-1, CMC-LI-2 og PVDF var henholdsvis 0,3154 mn · m og 0,2634 mn. M og 20.0365 mn · m, som indikerer at resistiviteten til PVDF er høyere enn for CMCLI, konduktiviteten til CMC-Li er bedre enn for PVDF, og konduktiviteten til CMCLI.1 er lavere enn for CMCLI.2.

2.3)Elektrokjemisk ytelse

FM Courtel et al. studerte de sykliske voltammetri-kurvene av poly-sulfonat (AQ) -baserte elektroder når forskjellige bindere ble brukt. Ulike permer har forskjellige oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner, så topppotensialet er annerledes. Blant dem er oksidasjonspotensialet til CMCLI 2,15V, og reduksjonspotensialet er 2,55V. Oksidasjonspotensialet og reduksjonspotensialet til PVDF var henholdsvis 2,605 V og 1,950 V. Sammenlignet med de sykliske voltammetri-kurvene fra de to foregående gangene, var topppotensialforskjellen på oksidasjonsreduksjonstoppen når CMCLI-bindemiddel ble brukt, var mindre enn den da PVDF ble brukt, noe forekomsten av oksidasjonsreduksjonsreaksjonen.

2. Applikasjonseffekt og mekanisme for CMC

1) Søknadseffekt

PJ Suo et al. studerte den elektrokjemiske ytelsen til Si/C komposittmaterialer når PVDF og CMC ble brukt som permer, og fant at batteriet ved bruk av CMC hadde en reversibel spesifikk kapasitet på 700mAh/g for første gang og fortsatt hadde 597 mAh/g etter 4o sykluser, som hvilket var overlegen batteriet med PVDF. JH Lee et al. studerte påvirkningen av DS av CMC på stabiliteten av grafittoppheng og mente at den flytende kvaliteten på suspensjonen ble bestemt av DS. Ved lav DS har CMC sterke hydrofobe egenskaper, og kan øke reaksjonen med grafittoverflate når vann brukes som medier. CMC har også fordeler med å opprettholde stabiliteten til de sykliske egenskapene til silisium - tinnlegeringsanodematerialer. NIO-elektrodene ble fremstilt med forskjellige konsentrasjoner (0,1 moul, 0,3 mol/l og 0,5 mol/L) CMC og PVDF-bindemiddel, og ladet og tittet ved 1,5-3,5V med en strøm på 0,1C. I løpet av den første syklusen var kapasiteten til PVDF -bindemiddelcellen høyere enn for CMC -bindemiddelcellen. Når antallet sykluser når LO, synker utladningskapasiteten til PVDF -bindemiddel åpenbart. Etter 4JD -sykluser, reduserte de spesifikke utladningskapasitetene på 0,1 movl, 0,3 moul og 0,5 movlpvdf bindemidler til 250 mAh/g, 157Matv 'g og 102 mAh/g, henholdsvis: utladningsspesifikke kapasiteter til batterier med 0,1 mol/l, 0,3 mol/l og 0,5 mol/LCMC -bindemiddel ble holdt ved henholdsvis 698 mAh/g, 555mAh/g og 550mAh/g.

CMC -bindemiddel brukes på liti0. : og SNO2 -nanopartikler i industriell produksjon. Ved bruk av CMC som bindemiddel, LifePo4 og Li4Ti50L2 som henholdsvis positive og negative aktive materialer, og ved bruk av Pyr14FS1 som flammehemmende elektrolytt, ble batteriet syklet 150 ganger ved en strøm på 0,1C ved 1,5V ~ 3,5V ved temperatur, og den positive spesifikke spesifikke spesifikke Kapasitansen ble opprettholdt ved 140 mAh/g. Blant forskjellige metallsalter i CMC introduserer CMCLI andre metallioner, som kan hemme "utvekslingsreaksjon (VII)" i elektrolytt under sirkulasjonen.

2) Mekanisme for forbedring av ytelsen

CMC Li -bindemiddel kan forbedre den elektrokjemiske ytelsen til AQ -baseelektrode i litiumbatteri. M. E et al. -4 gjennomførte en foreløpig studie om mekanismen og foreslo en modell for fordelingen av CMC-Li i AQ-elektroden. Den gode ytelsen til CMCLI kommer fra den sterke bindingseffekten av hydrogenbindinger produsert av en OH, som bidrar til effektiv dannelse av nettstrukturer. Den hydrofile CMC-Li vil ikke løse seg opp i den organiske elektrolytten, så den har en god stabilitet i batteriet, og har sterk vedheft til elektrodestrukturen, noe som gjør at batteriet har en god stabilitet. CMC-Li-bindemiddel har god LI-konduktivitet fordi det er et stort antall funksjonelle grupper på molekylkjeden til CMC-Li. Under utskrivning er det to kilder til effektive stoffer som virker med Li: (1) Li i elektrolytten; (2) li på molekylkjeden til CMC-Li nær det effektive sentrum av det aktive stoffet.

Reaksjonen av hydroksylgruppe og hydroksylgruppe i karboksymetyl CMC-Li-bindemiddel vil danne kovalent binding; Under virkningen av elektrisk feltkraft kan du overføre på molekylkjeden eller tilstøtende molekylkjede, det vil si at molekylkjedestrukturen ikke vil bli skadet; Etter hvert vil LJ binde seg til AQ -partikkelen. Dette indikerer at anvendelsen av CMCLI ikke bare forbedrer overføringseffektiviteten til Li, men også forbedrer utnyttelsesgraden for AQ. Jo høyere innhold av CH: Cooli og 10LI i molekylkjeden, jo lettere Li -overføring. M. Arrmand et al. mente at organiske forbindelser av -COOH eller OH kunne reagere med 1 li og produsere 1 C00LI eller 1 0LI med lite potensial. For ytterligere å utforske mekanismen til CMCLI-bindemiddel i elektrode, ble CMC-Li-1 brukt som aktivt materiale og lignende konklusjoner ble oppnådd. Li reagerer med en CH, COOH og en 0H fra CMC Li og genererer henholdsvis CH: Cooli og en 0 “henholdsvis, som vist i ligninger (1) og (2)

Når antallet Ch, Cooli og Oli øker, øker DS for CMC-Li. Dette viser at det organiske laget hovedsakelig sammensatt av AQ -partikkeloverflatebindemiddel blir mer stabilt og lettere å overføre Li. CMCLI er en ledende polymer som gir en transportvei for Li for å nå overflaten av AQ -partikler. CMCLI -bindemidler har god elektronisk og ionisk konduktivitet, noe som resulterer i god elektrokjemisk ytelse og lang syklusens levetid for CMCLI -elektroder. JS Bridel et al. Forberedt anoden til litiumionbatteri ved bruk av silisium/karbon/polymerkomposittmaterialer med forskjellige permer for å studere påvirkningen av interaksjonen mellom silisium og polymer på den totale ytelsen til batteriet, og fant at CMC hadde den beste ytelsen når den ble brukt som bindemiddel. Det er en sterk hydrogenbinding mellom silisium og CMC, som har selvhelbredende evne og kan justere den økende stresset til materialet under sykkelprosessen for å opprettholde stabiliteten til materialstrukturen. Med CMC som bindemiddel, kan kapasiteten til silisiumanode holdes over 1000mAh/g i minst 100 sykluser, og Coulomb -effektiviteten er nær 99,9%.

3, konklusjon

Som et bindemiddel kan CMC-materiale brukes i forskjellige typer elektrodematerialer som naturlig grafitt, meso-fase karbonmikrosfærer (MCMB), litiumtitanat, tinnbasert silisiumbasert anodemateriale og litiumjern fosfatanodemateriale, som kan forbedre batteriet Kapasitet, syklusstabilitet og syklusliv sammenlignet med PYDF. Det er gunstig for termisk stabilitet, elektrisk ledningsevne og elektrokjemiske egenskaper til CMC -materialer. Det er to hovedmekanismer for CMC for å forbedre ytelsen til litiumionbatterier:

(1) den stabile bindingsytelsen til CMC skaper en nødvendig forutsetning for å oppnå stabil batteriets ytelse;

(2) CMC har god elektron- og ioneledningsevne og kan fremme Li -overføring