CMC wykorzystuje w branży baterii

Co to jest karboksymetyloceluloza sodu?

Sodu karboksymetyloceluloza (zwana także: karboksymetyloceluloza sodowa sodowa, karboksymetyloceluloza, CMC, karboksymetylo, celulozie, sodu sodowofkaboksymetyloceluloza) jest najbardziej stosowanym typem włókien, dawką maksimum.

CMC-NA jest pochodną celulozy o stopniu polimeryzacji 100 ~ 2000 i masą cząsteczkową 242,16. Biały włóknisty lub ziarnisty proszek. Bezwonne, bez smaku, bez smaku, higroskopijne, nierozpuszczalne w organicznych rozpuszczalnikach. Ten artykuł głównie w celu zrozumienia zastosowania karboksymetylocelulozy sodu w szczegółach baterii jonów litowych.

Postęp w stosowaniu karboksymetylocelulozy sodu CMCW akumulatorach litowo -jonowych

Obecnie fluorek poliwinylidenowy [PVDF, (CH: CF :)] jest szeroko stosowany jako spoiwo w produkcji akumulatorów litowo -jonowych. . PVDF jest nie tylko kosztowne, ale musi również stosować w procesie wybuchowego, przyjaznego dla środowiska rozpuszczalników organicznych, takich jak N metyl, które keton alkan (NMP) i wymagania dotyczące wilgotności powietrza w procesie produkcji, również łatwo z wbudowaną Reakcja wtórna litowa, litowa grafit, szczególnie w stanie wysokiej temperatury, spontaniczne ryzyko ucieczki termicznej. Sodu karboksymetyloceluloza (CMC), spoiwo rozpuszczalny w wodzie, jest stosowany jako substytut PVDF materiałów elektrodowych, które mogą uniknąć stosowania NMP, zmniejszyć koszty i zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska. Jednocześnie proces produkcji nie wymaga wilgotności środowiska, ale może również poprawić pojemność baterii, wydłużyć żywotność cyklu. W tym artykule przeglądano rolę CMC w wydajności akumulatora litowo -jonowego, a mechanizm poprawy akumulatora CMC podsumowano z aspektów stabilności termicznej, przewodności elektrycznej i właściwości elektrochemicznej.

1. Struktura i wydajność CMC

1) Struktura CMC

CMC jest zazwyczaj klasyfikowane według różnych stopni substytucji (DS), a DS ma duży wpływ na morfologię i wydajność produktu. Lxie i in. badał CMC z DS różnych par H Na. Wyniki analizy SEM wykazały, że CMC-LI-1 (DS = 1,00) przedstawiono ziarnistą strukturę, a CMC-LI-2 (DS = 0,62) przedstawił strukturę liniową. Badania M. E i in. Udowodniły, że CMC. Gumka styrenu butadienów (SBR) może hamować aglomerację Li: O i stabilizować strukturę interfejsu, co jest korzystne dla wydajności elektrochemicznej.

2) Wydajność CMC

2.1)Stabilność termiczna

Zj Han i in. badał stabilność termiczną różnych spoiwa. Krytyczna temperatura PVDF wynosi około 4500 ° C. Po osiągnięciu 500 ℃ występuje szybki rozkład, a masa jest zmniejszona o około 70%. Gdy temperatura osiągnęła 600 ℃, masa została dodatkowo zmniejszona o 70%. Gdy temperatura osiągnęła 300oC, masa CMC-LI została zmniejszona o 70%. Gdy temperatura osiągnęła 400 ℃, masa CMC-LI została zmniejszona o 10%. CMCLI jest łatwiejsze do rozkładu niż PVDF pod koniec żywotności baterii.

2.2)Przewodność elektryczna

S. Chou i in. Wyniki testu wykazały, że rezystywność CMCLI-1, CMC-LI-2 i PVDF wynosiła odpowiednio 0,3154 mn · M i 0,2634 mn. M i 20,0365 mn · m, co wskazuje, że rezystywność PVDF jest wyższa niż CMCLI, przewodność CMC-LI jest lepsza niż w przypadku PVDF, a przewodność CMCLI.1 jest niższa niż w przypadku CMCLI.2.

2.3)Wydajność elektrochemiczna

FM Courtel i in. Badał cykliczne krzywe woltammetrii elektrod opartych na poli-sulfonian (AQ), gdy zastosowano różne segregatory. Różne wiążki mają różne reakcje utleniania i redukcji, więc potencjał szczytowy jest inny. Wśród nich potencjał utleniania CMCLI wynosi 2,15 V, a potencjał redukcji wynosi 2,55 V. Potencjał utleniania i potencjał redukcji PVDF wynosił odpowiednio 2,605 V i 1,950 V. W porównaniu z cyklicznymi krzywymi woltametrii z poprzednich dwóch razy, różnica potencjału szczytowego piku ograniczania utleniania, gdy zastosowano spoiwo CMCLI, było mniejsze niż gdy zastosowano PVDF, co wskazuje, że reakcja była mniej utrudniona, a spoiwa CMCLI była bardziej sprzyjająca Występowanie reakcji ograniczania utleniania.

2. Efekt zastosowania i mechanizm CMC

1) Efekt zastosowania

PJ Suo i in. badano wydajność elektrochemiczną materiałów kompozytowych SI/C, gdy PVDF i CMC były używane jako spoiwa, i stwierdzono, że bateria przy użyciu CMC miała odwracalną pojemność właściwą 700 mAh/g po raz pierwszy i nadal miała 597 mAh/g po cyklach 4o, które po 4o, które, które cykle 4o, które, które cykle 4O, które był lepszy od baterii za pomocą PVDF. JH Lee i in. Badał wpływ DS CMC na stabilność zawiesiny grafitowej i wierzył, że ciekłą jakość zawiesiny określono przez DS. Przy niskim DS CMC ma silne właściwości hydrofobowe i może zwiększyć reakcję z powierzchnią grafitową, gdy woda jest używana jako pożywka. CMC ma również zalety w utrzymaniu stabilności właściwości cyklicznych materiałów anodowych krzemu - stopu cyny. Elektrody Nio przygotowano z różnymi stężeniami (0,1 Moul, 0,3mol/L i 0,5mol/L) CMC i spoiwa PVDF oraz naładowano i zwolniono przy 1,5-3,5 V prądem 0,1 ° C. Podczas pierwszego cyklu zdolność komórek spoiwa PVDF była wyższa niż w przypadku komórek spoiwa CMC. Gdy liczba cykli dociera do LO, pojemność wyładowania spoiwa PVDF ma oczywiście zmniejsza się. Po cyklach 4JD, specyficzne zdolności rozładowania 0,1MoVl, 0,3 Moul i 0,5MoVlPVDF zmniejszyły się do 250 mAh/g, 157 matv 'g i 102 mAh/g, odpowiednio: pojemności specyficzne dla rozładowania akumulatorów o 0,1 mol/l, 0,3 mol/l, odpowiednio i segregator 0,5 mol/LCMC utrzymywano odpowiednio przy 698 mAh/g, 555 mAh/g i 550 mAh/g.

Wolno CMC jest używane w LiTI0. : i nanocząstki SORO2 w produkcji przemysłowej. Korzystając z CMC jako spoiwa, LifePo4 i LI4TI50L2 odpowiednio jako dodatnie i ujemne materiały aktywne, a przy użyciu Pyr14FS1 jako elektrolitu opóźniającego płomienie, bateria cykliczono 150 razy w prądzie 0,1 ° C przy 1,5 V ~ 3,5 V w temperaturze i specyfice dodatnie Pojemność utrzymywano przy 140 mAh/g. Spośród różnych soli metali w CMC CMCLI wprowadza inne jony metali, które mogą hamować „reakcję wymiany (VII)” w elektrolicie podczas krążenia.

2) Mechanizm poprawy wydajności

Wolno CMC Li może poprawić wydajność elektrochemiczną elektrody podstawowej AQ w baterii litowej. M. E i in. -4 przeprowadził wstępne badanie mechanizmu i zaproponował model rozkładu CMC-L w elektrodzie AQ. Dobra wydajność CMCLI wynika z silnego efektu wiązań wiązań wodorowych wytwarzanych przez OH, co przyczynia się do skutecznego tworzenia struktur siatki. Hydrofilowy CMC-LI nie rozpuści się w organicznym elektrolicie, więc ma dobrą stabilność w akumulatorze i ma silną przyczepność do struktury elektrody, co sprawia, że ​​bateria ma dobrą stabilność. Sild CMC-LI ma dobrą przewodność Li, ponieważ istnieje duża liczba grup funkcjonalnych na łańcuchu molekularnym CMC-LI. Podczas wypisu istnieją dwa źródła skutecznych substancji działających z Li: (1) Li w elektrolicie; (2) Li na łańcuchu molekularnym CMC-LI w pobliżu efektywnego centrum substancji czynnej.

Reakcja grupy hydroksylowej i grupy hydroksylowej w spoiwa karboksymetylo-CMC-LI będzie tworzyć wiązanie kowalencyjne; Zgodnie z działaniem siły pola elektrycznego U może przenosić łańcuch molekularny lub sąsiedni łańcuch molekularny, to znaczy struktura łańcucha molekularnego nie zostanie uszkodzona; Ostatecznie LJ wiąże się z cząsteczką AQ. Wskazuje to, że zastosowanie CMCLI nie tylko poprawia wydajność przenoszenia Li, ale także poprawia wskaźnik wykorzystania AQ. Im wyższa zawartość CH: Cooli i 10LI w łańcuchu molekularnym, tym łatwiejszy transfer LI. M. Armand i in. uważał, że związki organiczne -COOH lub OH mogą reagować odpowiednio z 1 Li i wytwarzać 1 c00LI lub 1 0LI przy niskim potencjale. W celu dalszego zbadania mechanizmu spoiwa CMCLI w elektrodzie zastosowano CMC-LI-1 jako materiał aktywny i uzyskano podobne wnioski. Li reaguje z jednym CH, COOH i jednym 0H z CMC Li i generuje odpowiednio CH: Cooli i jeden 0 „, jak pokazano w równaniach (1) i (2)

Wraz ze wzrostem liczby CH, Cooli i Oli wzrasta DS CMC-LI. Pokazuje to, że warstwa organiczna złożona głównie spoiwa powierzchniowe cząstek AQ staje się bardziej stabilne i łatwiejsze do przeniesienia LI. CMCLI jest przewodzącym polimerem, który zapewnia trasę transportową dla LI w celu dotarcia do powierzchni cząstek AQ. Senedatory CMCLI mają dobrą przewodność elektroniczną i jonową, co powoduje dobrą wydajność elektrochemiczną i długą żywotność elektrod CMCLI. JS Bridel i in. Przygotował anodę akumulatora litowo -jonowego przy użyciu materiałów kompozytowych krzem/węgiel/polimer z różnymi segregatorami, aby zbadać wpływ interakcji między krzemionem a polimerem na ogólną wydajność akumulatora, i stwierdził, że CMC ma najlepszą wydajność, gdy jest stosowana jako spoiwa. Istnieje silne wiązanie wodorowe między krzemionem a CMC, które ma zdolność samoleczenia i może dostosować rosnące naprężenie materiału podczas procesu rowerowego w celu utrzymania stabilności struktury materiałowej. W przypadku CMC jako spoiwa, pojemność anody krzemu może być utrzymywana powyżej 1000 mAh/g w co najmniej 100 cyklach, a wydajność Coulomb jest prawie 99,9%.

3, wniosek

Jako spoiwo, materiał CMC może być stosowany w różnych rodzajach materiałów elektrodowych, takich jak naturalny grafit, mikrosfery węglowe mezo-fazowej (MCMB), lit titaninian, materiał anody na bazie cyny i materiał anodowy fosforanu żelaza litowego, które mogą poprawić akumulator Pojemność, stabilność cyklu i żywotność cyklu w porównaniu z PYDF. Jest to korzystne dla stabilności termicznej, przewodności elektrycznej i właściwości elektrochemicznych materiałów CMC. Istnieją dwa główne mechanizmy CMC w celu poprawy wydajności akumulatorów litowo -jonowych:

(1) Stabilna wydajność wiązania CMC stwarza niezbędny warunek uzyskania stabilnej wydajności baterii;

(2) CMC ma dobrą przewodność elektronów i jonów i może promować transfer LI