CMC wykorzystuje w przemyśle akumulatorowym

Co to jest karboksymetyloceluloza sodowa?

Karboksymetyloceluloza sodowa, (zwana także: solą sodową karboksymetylocelulozy, karboksymetylocelulozą, CMC, karboksymetylem, celulozą sodową, solą sodową kaboksymetylocelulozy) to najczęściej stosowany na świecie rodzaj błonnika, w dawce maksymalnej.

Cmc-na jest pochodną celulozy o stopniu polimeryzacji 100~2000 i masie cząsteczkowej 242,16. Biały włóknisty lub ziarnisty proszek. Bezwonny, bez smaku, bez smaku, higroskopijny, nierozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych. Artykuł ten ma głównie na celu zrozumienie zastosowania karboksymetylocelulozy sodowej w szczegółach akumulatorów litowo-jonowych.

Postęp w zastosowaniu karboksymetylocelulozy sodowej CMCw bateriach litowo-jonowych

Obecnie polifluorek winylidenu [pVDF, (CH: A CF:)] jest szeroko stosowany jako spoiwo w produkcji akumulatorów litowo-jonowych. . PVDF jest nie tylko drogi, ale należy go również stosować w procesie stosowania materiałów wybuchowych, przyjaznych dla środowiska rozpuszczalników organicznych, takich jak N metylowy, których wymagania dotyczące ketonu alkanowego (NMp) i wilgotności powietrza w procesie produkcyjnym są ściśle określone, również z łatwością z osadzonymi metal lit, reakcja wtórna z grafitem litowym, szczególnie w warunkach wysokiej temperatury, spontaniczne ryzyko ucieczki termicznej. Karboksymetyloceluloza sodowa (CMC), rozpuszczalne w wodzie spoiwo, jest stosowana jako substytut pVDF w materiałach elektrodowych, co pozwala uniknąć stosowania NMp, obniżyć koszty i zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska. Jednocześnie proces produkcyjny nie wymaga wilgotności otoczenia, ale może również poprawić pojemność akumulatora, przedłużyć jego żywotność. W tym artykule dokonano przeglądu roli CMC w działaniu baterii litowo-jonowej i podsumowano mechanizm poprawy wydajności baterii przez CMC, biorąc pod uwagę aspekty stabilności termicznej, przewodności elektrycznej i właściwości elektrochemicznych.

1. Struktura i działanie CMC

1) Struktura CMC

CMC jest ogólnie klasyfikowane według różnego stopnia podstawienia (Ds), a Ds ma duży wpływ na morfologię i działanie produktu. LXie i in. badał CMC z Ds różnych par H Na. Wyniki analizy SEM wykazały, że CMC-Li-1 (Ds = 1,00) ma strukturę ziarnistą, a CMC-Li-2 (Ds = 0,62) ma strukturę liniową. Badania M. E i wsp. wykazały, że CMC. Kauczuk styrenowo-butadienowy (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. badali stabilność termiczną różnych spoiw. Temperatura krytyczna pVDF wynosi około 4500C. Po osiągnięciu 500℃ następuje szybki rozkład i masa zmniejsza się o około 70%. Gdy temperatura osiągnęła 600 ℃, masa uległa dalszemu zmniejszeniu o 70%. Gdy temperatura osiągnęła 300oC, masa CMC-Li zmniejszyła się o 70%. Gdy temperatura osiągnęła 400℃, masa CMC-Li zmniejszyła się o 10%. Pod koniec żywotności baterii CMCLi ulega łatwiejszemu rozkładowi niż pVDF.

2.2)Przewodność elektryczna

S. Chou i in. Wyniki testu wykazały, że rezystywność CMCLI-1, CMC-Li-2 i pVDF wyniosła 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 pVDF, a przewodność CMCLI.1 jest niższa niż CMCLI.2.

2.3)Wydajność elektrochemiczna

FM Courtel i in. zbadali krzywe woltamperometrii cyklicznej elektrod na bazie polisulfonianu (AQ), gdy zastosowano różne spoiwa. Różne spoiwa mają różne reakcje utleniania i redukcji, więc potencjał szczytowy jest inny. Wśród nich potencjał utleniający CMCLi wynosi 2,15 V, a potencjał redukcyjny 2,55 V. Potencjał utleniający i potencjał redukcyjny pVDF wynosiły odpowiednio 2,605 V i 1,950 V. W porównaniu z krzywymi woltamperometrii cyklicznej z poprzednich dwóch czasów, szczytowa różnica potencjałów piku utleniająco-redukcyjnego, gdy zastosowano spoiwo CMCLi, była mniejsza niż w przypadku zastosowania pVDF, co wskazuje, że reakcja była mniej utrudniona, a spoiwo CMCLi lepiej sprzyjało zachodzenie reakcji utleniania i redukcji.

2. Efekt zastosowania i mechanizm CMC

1) Efekt zastosowania

Pj Suo i in. zbadał właściwości elektrochemiczne materiałów kompozytowych Si/C, gdy jako spoiwa użyto pVDF i CMC, i odkrył, że akumulator wykorzystujący CMC miał po raz pierwszy odwracalną pojemność właściwą 700 mAh/g i nadal miał 597 mAh/g po 40 cyklach, co była lepsza od baterii wykorzystującej pVDF. Jh Lee i in. badał wpływ Ds CMC na stabilność zawiesiny grafitowej i uważał, że jakość cieczy zawiesiny zależy od Ds. Przy niskim DS CMC ma silne właściwości hydrofobowe i może zwiększać reakcję z powierzchnią grafitu, gdy jako medium stosuje się wodę. CMC ma również zalety w utrzymywaniu stabilności cyklicznych właściwości materiałów anodowych ze stopu krzemu i cyny. Elektrody NiO przygotowano z różnymi stężeniami (0,1 mouL, 0,3mol/L i 0,5mol/L) spoiwa CMC i pVDF oraz ładowano i rozładowywano przy 1,5-3,5 V prądem 0,1c. Podczas pierwszego cyklu pojemność komórki wiążącej pVDF była większa niż pojemność komórki wiążącej CMC. Gdy liczba cykli osiągnie 10, zdolność rozładowania spoiwa pVDF wyraźnie maleje. Po cyklach 4JD, właściwa pojemność rozładowania spoiw 0,1 moL, 0,3MOUL i 0,5MovLPVDF spadła odpowiednio do 250 mAh/g, 157 mAtv 'g i 102 mAh/g: Specyficzna pojemność rozładowania akumulatorów o 0,1 moL/L, 0,3 moL/L i 0,5 mol/LCMC środka wiążącego utrzymywano na poziomie 698 mAh/g, Odpowiednio 555 mAh/g i 550 mAh/g.

W przypadku LiTI0 stosowane jest spoiwo CMC. : i nanocząsteczki SnO2 w produkcji przemysłowej. Stosując CMC jako spoiwo, LiFepO4 i Li4TI50l2 jako odpowiednio dodatnie i ujemne materiały aktywne oraz stosując pYR14FS1 jako elektrolit opóźniający palenie, akumulator poddano cyklom 150 razy przy prądzie 0,1 c przy 1,5 V ~ 3,5 V w temperaturze, a dodatni prąd właściwy pojemność utrzymywano na poziomie 140 mAh/g. Wśród różnych soli metali w CMC, CMCLi wprowadza inne jony metali, które mogą hamować „reakcję wymiany (vii)” w elektrolicie podczas krążenia.

2) Mechanizm poprawy wydajności

Spoiwo CMC Li może poprawić właściwości elektrochemiczne elektrody bazowej AQ w baterii litowej. M. E i in. -4 przeprowadził wstępne badania mechanizmu i zaproponował model rozkładu CMC-Li w elektrodzie AQ. Dobra wydajność CMCLi wynika z silnego efektu wiązania wiązań wodorowych wytwarzanych przez OH, co przyczynia się do wydajnego tworzenia struktur siatkowych. Hydrofilowy CMC-Li nie rozpuszcza się w elektrolicie organicznym, dzięki czemu ma dobrą stabilność w akumulatorze i ma silną przyczepność do struktury elektrody, co sprawia, że ​​akumulator ma dobrą stabilność. Spoiwo Cmc-li ma dobrą przewodność Li, ponieważ w łańcuchu molekularnym CMC-Li znajduje się duża liczba grup funkcyjnych. Podczas rozładowywania istnieją dwa źródła skutecznych substancji działających z Li: (1) Li w elektrolicie; (2) Li w łańcuchu molekularnym CMC-Li w pobliżu efektywnego środka substancji czynnej.

Reakcja grupy hydroksylowej i grupy hydroksylowej w karboksymetylowym spoiwie CMC-Li utworzy wiązanie kowalencyjne; Pod działaniem siły pola elektrycznego U może przenieść się na łańcuch molekularny lub sąsiedni łańcuch molekularny, to znaczy struktura łańcucha molekularnego nie zostanie uszkodzona; Ostatecznie Lj zwiąże się z cząstką AQ. Wskazuje to, że zastosowanie CMCLi nie tylko poprawia wydajność transferu Li, ale także poprawia stopień wykorzystania AQ. Im wyższa zawartość cH:COOLi i 10Li w łańcuchu molekularnym, tym łatwiejszy transfer Li. M. Arrmand i in. wierzył, 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 działania spoiwa CMCLi w elektrodzie, jako materiału aktywnego użyto CMC-Li-1 i uzyskano podobne wnioski. Li reaguje z jednym cH, COOH i jednym 0H z CMC Li i generuje odpowiednio cH: COOLi i jedno 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 ze spoiwa powierzchniowego cząstek AQ staje się bardziej stabilna i łatwiejsza do przenoszenia Li. CMCLi to przewodzący polimer, który zapewnia drogę transportu Li do powierzchni cząstek AQ. Spoiwa CMCLi mają dobrą przewodność elektronową i jonową, co skutkuje dobrymi parametrami elektrochemicznymi i długą żywotnością cykli elektrod CMCLi. JS Bridel i in. przygotowali anodę akumulatora litowo-jonowego przy użyciu materiałów kompozytowych krzem/węgiel/polimer z różnymi spoiwami, aby zbadać wpływ interakcji między krzemem i polimerem na ogólną wydajność akumulatora i odkryli, że CMC ma najlepszą wydajność, gdy jest stosowany jako spoiwo. Pomiędzy krzemem i CMC istnieje silne wiązanie wodorowe, które ma zdolność samonaprawy i może regulować rosnące naprężenie materiału podczas procesu cyklicznego, aby utrzymać stabilność struktury materiału. Dzięki CMC jako spoiwu pojemność anody krzemowej może być utrzymywana na poziomie powyżej 1000 mAh/g w co najmniej 100 cyklach, a wydajność kulombowska jest bliska 99,9%.

3, zakończenie

Jako spoiwo materiał CMC można stosować w różnych typach materiałów elektrodowych, takich jak grafit naturalny, mikrosfery węglowe mezofazy (MCMB), tytanian litu, materiał anodowy na bazie krzemu na bazie cyny i materiał anodowy z fosforanu litowo-żelazowego, które mogą ulepszyć akumulator pojemność, stabilność cyklu i żywotność cyklu w porównaniu z pYDF. Korzystnie wpływa na stabilność termiczną, przewodność elektryczną i właściwości elektrochemiczne materiałów CMC. Istnieją dwa główne mechanizmy CMC poprawiające wydajność akumulatorów litowo-jonowych:

(1) Stabilne działanie wiązania CMC stwarza niezbędny warunek uzyskania stabilnej wydajności akumulatora;

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