Zastosowanie spoiwa CMC w bateriach

Jako główne spoiwo wodnych materiałów elektrod ujemnych, produkty CMC są szeroko stosowane przez krajowych i zagranicznych producentów akumulatorów. Optymalna ilość spoiwa umożliwia uzyskanie stosunkowo dużej pojemności akumulatora, długiego cyklu życia i stosunkowo niskiego oporu wewnętrznego.

Spoiwo jest jednym z ważnych pomocniczych materiałów funkcjonalnych w akumulatorach litowo-jonowych. Jest to główne źródło właściwości mechanicznych całej elektrody i ma istotny wpływ na proces produkcji elektrody oraz parametry elektrochemiczne akumulatora. Samo spoiwo nie ma żadnej pojemności i zajmuje bardzo małą część w akumulatorze.

Oprócz właściwości adhezyjnych zwykłych spoiw, materiały wiążące elektrody akumulatorów litowo-jonowych muszą również być w stanie wytrzymać pęcznienie i korozję elektrolitu, a także korozję elektrochemiczną podczas ładowania i rozładowywania. Pozostaje stabilny w zakresie napięcia roboczego, dlatego nie ma wielu materiałów polimerowych, które można zastosować jako spoiwa elektrodowe do akumulatorów litowo-jonowych.

Obecnie powszechnie stosowane są trzy główne typy spoiw do akumulatorów litowo-jonowych: polifluorek winylidenu (PVDF), emulsja kauczuku styrenowo-butadienowego (SBR) i karboksymetyloceluloza (CMC). Ponadto na pewnym rynku zajmują kwas poliakrylowy (PAA), spoiwa na bazie wody z poliakrylonitrylem (PAN) i poliakrylanem jako głównymi składnikami.

Cztery cechy CMC na poziomie baterii

Ze względu na słabą rozpuszczalność w wodzie struktury kwasowej karboksymetylocelulozy, w celu lepszego jej zastosowania, bardzo szeroko stosowanym materiałem w produkcji akumulatorów jest CMC.

Jako główne spoiwo wodnych materiałów elektrod ujemnych, produkty CMC są szeroko stosowane przez krajowych i zagranicznych producentów akumulatorów. Optymalna ilość spoiwa umożliwia uzyskanie stosunkowo dużej pojemności akumulatora, długiego cyklu życia i stosunkowo niskiego oporu wewnętrznego.

Cztery cechy CMC to:

Po pierwsze, CMC może sprawić, że produkt będzie hydrofilowy i rozpuszczalny, całkowicie rozpuszczalny w wodzie, bez wolnych włókien i zanieczyszczeń.

Po drugie, stopień podstawienia jest jednolity, a lepkość stabilna, co może zapewnić stabilną lepkość i przyczepność.

Po trzecie, wytwarzaj produkty o wysokiej czystości i niskiej zawartości jonów metali.

Po czwarte, produkt ma dobrą kompatybilność z lateksem SBR i innymi materiałami.

Zastosowana w akumulatorze sól sodowa karboksymetylocelulozy CMC poprawiła jakościowo jego efekt użytkowy, a jednocześnie zapewnia dobre parametry użytkowe, przy obecnym efekcie użytkowym.

Rola CMC w akumulatorach

CMC to karboksymetylowana pochodna celulozy, którą zwykle wytwarza się w wyniku reakcji naturalnej celulozy z żrącą zasadą i kwasem monochlorooctowym, a jej masa cząsteczkowa waha się od tysięcy do milionów.

CMC to biały do ​​jasnożółtego proszek, substancja ziarnista lub włóknista, która ma silną higroskopijność i jest łatwo rozpuszczalna w wodzie. Gdy jest obojętny lub zasadowy, roztworem jest ciecz o dużej lepkości. Jeśli przez dłuższy czas będzie ogrzewany powyżej 80 ℃, lepkość spadnie i będzie nierozpuszczalny w wodzie. Staje się brązowy po podgrzaniu do 190-205°C i karbonizuje po podgrzaniu do 235-248°C.

Ponieważ CMC ma funkcje zagęszczania, wiązania, zatrzymywania wody, emulgowania i zawieszania w roztworze wodnym, jest szeroko stosowany w dziedzinie ceramiki, żywności, kosmetyków, drukowania i farbowania, papiernictwa, tekstyliów, powłok, klejów i medycyny, wysoko- ceramika końcowa i baterie litowe. Pole stanowi około 7%, powszechnie znane jako „przemysłowy glutaminian sodu”.

SwoiścieCMCw bateriifunkcjami CMC są: rozpraszanie materiału aktywnego elektrody ujemnej i środka przewodzącego; działanie zagęszczające i przeciwsedymentacyjne na zawiesinę elektrody ujemnej; wspomagające wiązanie; stabilizacja wydajności przetwarzania elektrody i pomoc w poprawie wydajności cyklu akumulatorowego; poprawić wytrzymałość nabiegunnika na odrywanie itp.

Wydajność i wybór CMC

Dodanie CMC podczas wytwarzania zawiesiny elektrodowej może zwiększyć lepkość zawiesiny i zapobiec jej osiadaniu. CMC rozkłada jony i aniony sodu w roztworze wodnym, a lepkość kleju CMC zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, który łatwo wchłania wilgoć i ma słabą elastyczność.

CMC może odgrywać bardzo dobrą rolę w dyspersji grafitu elektrody ujemnej. Wraz ze wzrostem ilości CMC produkty jego rozkładu będą przylegać do powierzchni cząstek grafitu, a cząstki grafitu będą się odpychać pod wpływem siły elektrostatycznej, uzyskując dobry efekt dyspersji.

Oczywistą wadą CMC jest to, że jest stosunkowo kruchy. Jeśli jako spoiwo zostanie użyte całe CMC, grafitowa elektroda ujemna zapadnie się podczas procesu prasowania i cięcia nabiegunnika, co spowoduje poważną utratę proszku. Jednocześnie na CMC duży wpływ ma stosunek materiałów elektrod i wartość pH, a arkusz elektrody może pękać podczas ładowania i rozładowywania, co bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo akumulatora.

Początkowo spoiwem używanym do mieszania elektrod ujemnych był PVDF i inne spoiwa na bazie oleju, ale biorąc pod uwagę ochronę środowiska i inne czynniki, powszechne stało się stosowanie spoiw na bazie wody do elektrod ujemnych.

Nie ma idealnego spoiwa, spróbuj wybrać takie, które spełnia wymagania obróbki fizycznej i elektrochemicznej. Wraz z rozwojem technologii akumulatorów litowych, a także kwestiami kosztów i ochrony środowiska, spoiwa na bazie wody ostatecznie zastąpią spoiwa na bazie oleju.

CMC dwa główne procesy produkcyjne

Według różnych mediów eteryfikacji, przemysłową produkcję CMC można podzielić na dwie kategorie: metodę na bazie wody i metodę na bazie rozpuszczalnika. Metoda wykorzystująca wodę jako środowisko reakcji nazywana jest metodą ośrodka wodnego i służy do wytwarzania środowiska alkalicznego i CMC o niskiej jakości. Metodę wykorzystania rozpuszczalnika organicznego jako środowiska reakcji nazywa się metodą rozpuszczalnikową i jest ona odpowiednia do produkcji CMC średniej i wysokiej jakości. Te dwie reakcje przeprowadza się w ugniatarce, która należy do procesu ugniatania i jest obecnie główną metodą wytwarzania CMC.

Metoda wodno-średnia: wcześniejszy przemysłowy proces produkcyjny, metoda polega na reakcji celulozy alkalicznej i środka eteryfikacji w warunkach wolnej zasady i wody, która jest używana do wytwarzania produktów CMC średniej i niskiej jakości, takich jak detergenty i środki zaklejające tekstylia. Czekaj . Zaletą metody z użyciem ośrodka wodnego są stosunkowo proste wymagania sprzętowe i niski koszt; wadą jest to, że ze względu na brak dużej ilości ciekłego ośrodka ciepło powstające w reakcji podnosi temperaturę i przyspiesza szybkość reakcji ubocznych, co skutkuje niską wydajnością eteryfikacji i gorszą jakością produktu.

Metoda rozpuszczalnikowa; znana również jako metoda rozpuszczalnika organicznego, dzieli się ją na metodę ugniatania i metodę zawiesiny w zależności od ilości rozcieńczalnika reakcyjnego. Jego główną cechą jest to, że reakcje alkalizacji i eteryfikacji prowadzi się w warunkach rozpuszczalnika organicznego jako ośrodka reakcji (rozcieńczalnika). Podobnie jak proces reakcji metodą wodną, ​​metoda rozpuszczalnikowa również składa się z dwóch etapów alkalizacji i eteryfikacji, ale środowisko reakcji tych dwóch etapów jest inne. Zaletą metody rozpuszczalnikowej jest to, że pomija ona procesy moczenia, prasowania, kruszenia i starzenia alkaliów charakterystyczne dla metody wodnej, a alkalizacja i eteryfikacja przeprowadzane są w ugniatarce; wadą jest to, że możliwość regulacji temperatury jest stosunkowo słaba, a wymagania przestrzenne są stosunkowo małe. ,wyższy koszt.