CMC brukes i batteriindustrien

Hva er natriumkarboksymetylcellulose?

Sodium Carboxymethyl cellulose, (også kalt: Carboxymethyl cellulose natriumsalt, Carboxymethyl cellulose, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) er verdens mest brukte fibertyper, dosering på maks.

Cmc-na er et cellulosederivat med en polymerisasjonsgrad på 100~2000 og en molekylvekt på 242,16. Hvitt fibrøst eller granulært pulver. Luktfri, smakløs, smakløs, hygroskopisk, uløselig i organiske løsemidler. Denne artikkelen hovedsakelig for å forstå bruken av natriumkarboksymetylcellulose i litiumionbatteridetaljer.

Fremgang i påføring av natriumkarboksymetylcellulose CMCi litium-ion-batterier

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 påføring av eksplosive, miljøvennlige organiske løsemidler, slik som N-metyl som alkanketon (NMp) og luftfuktighetskravene for produksjonsprosessen strengt, også lett med innebygd metall litium, litium grafitt sekundær reaksjon, spesielt i tilstanden med høy temperatur, en spontan risiko for termisk løping. Natriumkarboksymetylcellulose (CMC), et vannløselig bindemiddel, brukes som erstatning for pVDF for elektrodematerialer, som kan unngå bruk av NMp, redusere kostnader og redusere miljøforurensning. Samtidig krever ikke produksjonsprosessen miljøfuktighet, men kan også forbedre kapasiteten til batteriet, forlenge syklusens levetid. I denne artikkelen ble rollen til CMC i ytelsen til litiumionbatterier gjennomgått, og mekanismen for CMC som forbedrer batteriytelsen ble oppsummert fra aspektene termisk stabilitet, elektrisk ledningsevne og elektrokjemiske egenskaper.

1. Struktur og ytelse av CMC

1) CMC-struktur

CMC er generelt klassifisert etter forskjellig grad av substitusjon (Ds), og produktets morfologi og ytelse påvirkes sterkt av Ds. LXie et al. studerte CMC med Ds av forskjellige H-par av 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 til M. E et al. beviste at CMC. Styrenbutadiengummi (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 bindemidler. Den kritiske temperaturen til pVDF er omtrent 4500C. Når man når 500 ℃, skjer rask nedbrytning og massen reduseres med ca. 70 %. Når temperaturen nådde 600 ℃ ble massen ytterligere redusert med 70 %. Når temperaturen nådde 300oC ble massen av CMC-Li redusert med 70 %. Når temperaturen nådde 400 ℃, ble massen av CMC-Li redusert med 10 %. CMCLi dekomponeres lettere enn pVDF ved slutten av batterilevetiden.

2.2)Den elektriske ledningsevnen

S. Chou et al. 's testresultater 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, noe som indikerer at resistiviteten til pVDF er høyere enn den til CMCLi, ledningsevnen til CMC-LI er bedre enn den til pVDF, og ledningsevnen til CMCLI.1 er lavere enn den til CMCLI.2.

2.3)Elektrokjemisk ytelse

FM Courtel et al. studerte de sykliske voltammetrikurvene til polysulfonat (AQ)-baserte elektroder når forskjellige bindemidler ble brukt. Ulike bindemidler har forskjellige oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner, så topppotensialet er forskjellig. Blant dem er oksidasjonspotensialet til CMCLi 2,15V, og reduksjonspotensialet er 2,55V. Oksydasjonspotensialet og reduksjonspotensialet til pVDF var henholdsvis 2,605 V og 1,950 V. Sammenlignet med de sykliske voltammetrikurvene fra de to foregående gangene, var topppotensialforskjellen for oksidasjons-reduksjonstoppen når CMCLi-bindemiddel ble brukt mindre enn når pVDF ble brukt, noe som indikerer at reaksjonen var mindre hindret og CMCLi-bindemiddel var mer gunstig for forekomsten av oksidasjons-reduksjonsreaksjonen.

2. Påføringseffekt og mekanisme til CMC

1) Applikasjonseffekt

Pj Suo et al. studerte den elektrokjemiske ytelsen til Si/C-komposittmaterialer når pVDF og CMC ble brukt som bindemidler, og fant at batteriet som brukte CMC hadde en reversibel spesifikk kapasitet på 700mAh/g for første gang og fortsatt hadde 597mAh/g etter 4O-sykluser, som var overlegen batteriet ved å bruke pVDF. Jh Lee et al. studerte påvirkningen av Ds av CMC på stabiliteten til grafittsuspensjon og mente at væskekvaliteten til suspensjon ble bestemt av Ds. Ved lav DS har CMC sterke hydrofobe egenskaper, og kan øke reaksjonen med grafittoverflate når vann brukes som medium. CMC har også fordeler ved å opprettholde stabiliteten til de sykliske egenskapene til silisium-tinnlegeringsanodematerialer. NiO-elektrodene ble preparert med forskjellige konsentrasjoner (0,1mouL, 0,3mol/L og 0,5mol/L) CMC og pVDF-bindemiddel, og ladet og utladet ved 1,5-3,5V med en strøm på 0,1c. I løpet av den første syklusen var kapasiteten til pVDF-bindecellen høyere enn kapasiteten til CMC-bindecellen. Når antall sykluser når lO, synker utslippskapasiteten til pVDF-bindemiddel åpenbart. Etter 4JD-sykluser ble den spesifikke utladingskapasiteten til 0,1movL, 0,3MOUL og 0,5MovLPVDF-bindemidler redusert til henholdsvis 250mAh/g, 157mAtv 'g og 102mAh/g: Utladingsspesifikke kapasiteter til batterier med 0,1 mAh/g,/03 moL. og 0,5 mol/LCMC-bindemiddel ble holdt ved henholdsvis 698mAh/g, 555mAh/g og 550mAh/g.

CMC-bindemiddel brukes på LiTI0. : og SnO2 nanopartikler i industriell produksjon. Ved å bruke CMC som bindemiddel, LiFepO4 og Li4TI50l2 som henholdsvis positive og negative aktive materialer, og ved å bruke pYR14FS1 som flammehemmende elektrolytt, ble batteriet syklet 150 ganger med en strøm på 0,1c ved 1,5v ~ 3,5V ved temperatur, og den positive spesifikke kapasitansen ble holdt på 140mAh/g. Blant forskjellige metallsalter i CMC introduserer CMCLi andre metallioner, som kan hemme "utvekslingsreaksjon (vii)" i elektrolytt under sirkulasjon.

2) Mekanisme for ytelsesforbedring

CMC Li-bindemiddel kan forbedre den elektrokjemiske ytelsen til AQ-baseelektroden i litiumbatteri. M.E et al. -4 utførte en foreløpig studie på mekanismen og foreslo en modell av 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 adhesjon til elektrodestrukturen, noe som gjør at batteriet har en god stabilitet. Cmc-li-bindemiddel har god Li-ledningsevne fordi det er et stort antall funksjonelle grupper på molekylkjeden til CMC-Li. Under utladning 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 påvirkning av elektrisk feltkraft kan U overføre på molekylkjeden eller tilstøtende molekylkjede, det vil si at molekylkjedestrukturen ikke blir skadet; Til slutt vil Lj binde seg til AQ-partikkelen. Dette indikerer at bruken av CMCLi ikke bare forbedrer overføringseffektiviteten til Li, men også forbedrer utnyttelsesgraden til 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 henholdsvis 1 Li og produsere 1 C00Li eller 1 0Li ved lavt 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 ", som vist i ligningene (1) og (2)

Etter hvert som antallet cH, COOLi og OLi øker, øker DS for CMC-Li. Dette viser at det organiske laget som hovedsakelig består 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 ledningsevne, noe som resulterer i god elektrokjemisk ytelse og lang levetid for CMCLi-elektroder. JS Bridel et al. forberedte anoden av litiumionbatteri ved bruk av silisium/karbon/polymer komposittmaterialer med forskjellige bindemidler for å studere påvirkningen av interaksjonen mellom silisium og polymer på den generelle ytelsen til batteriet, og fant ut at CMC hadde best ytelse når det ble brukt som bindemiddel. Det er en sterk hydrogenbinding mellom silisium og CMC, som har selvhelbredende evne og kan justere den økende spenningen 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 bindemiddel kan CMC-materiale brukes i forskjellige typer elektrodematerialer som naturlig grafitt, meso-fase karbonmikrokuler (MCMB), litiumtitanat, tinnbasert silisiumbasert anodemateriale og litiumjernfosfatanodemateriale, som kan forbedre batteriet kapasitet, syklusstabilitet og sykluslevetid sammenlignet med pYDF. Det er gunstig for den termiske stabiliteten, den elektriske ledningsevnen og de elektrokjemiske egenskapene 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 batteriytelse;

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