CMC usa na indústria de baterias

O que é carboximetilulloese de sódio?

Carboximetilcelulose de sódio (também chamado: sal carboximetillululose de sódio, carboximetillelulose, CMC, carboximetil, celulose, sodiumsaltofcaboximetilcelulose) é os tipos de fibra mais amplamente utilizados do mundo, dosagem do máximo.

CMC-NA é um derivado de celulose com um grau de polimerização de 100 ~ 2000 e um peso molecular de 242,16. Pó fibroso ou granular branco. Odorless, insolúvel, sem graça, higroscópico, insolúvel em solventes orgânicos. Este artigo é principalmente para entender a aplicação da carboximetilullelulose de sódio nos detalhes da bateria de íons de lítio.

Progresso na aplicação de carboximetilcelulose de sódio Cmcem baterias de íons de lítio

Atualmente, o fluoreto de polivinilideno [PVDF (CH: A CF :)] é amplamente utilizado como ligante na produção de baterias de íons de lítio. . O PVDF não é apenas caro, também precisa usar no processo de aplicação de explosivos, amigável ao ambiente de solventes orgânicos, como N metilo que o Alkane Cetone (NMP) e os requisitos de umidade do ar para o processo de produção estritamente, também facilmente com incorporado reação secundária de lítio de lítio, lítio, especialmente na condição de alta temperatura, um risco espontâneo de fuga térmica. A carboximetilcululose de sódio (CMC), um aglutinante solúvel em água, é usada como substituto do PVDF para materiais de eletrodo, o que pode evitar o uso do NMP, reduzir custos e reduzir a poluição ambiental. Ao mesmo tempo, o processo de produção não requer umidade ambiental, mas também pode melhorar a capacidade da bateria, prolongar a vida útil do ciclo. Neste artigo, foi revisado o papel do CMC no desempenho da bateria de íons de lítio e o mecanismo de CMC melhorando o desempenho da bateria foi resumido dos aspectos da estabilidade térmica, condutividade elétrica e características eletroquímicas.

1. Estrutura e desempenho do CMC

1) Estrutura CMC

O CMC é geralmente classificado por diferentes graus de substituição (DS), e a morfologia e o desempenho do produto são bastante afetados pelo DS. Lxie et al. estudou o CMC com DS de diferentes pares de H de Na. Os resultados da análise SEM mostraram que o CMC-LI-1 (DS = 1,00) apresentava estrutura granular e CMC-LI-2 (DS = 0,62) apresentaram estrutura linear. A pesquisa de M. E et al provou que o CMC. A borracha de butadieno de estireno (SBR) pode inibir a aglomeração de Li: O e estabilizar a estrutura da interface, que é benéfica para o desempenho eletroquímico.

2) Desempenho do CMC

2.1)Estabilidade térmica

ZJ Han et al. estudou a estabilidade térmica de diferentes ligantes. A temperatura crítica do PVDF é de cerca de 4500 ° C. Ao atingir 500 ℃, a decomposição rápida ocorre e a massa é reduzida em cerca de 70%. Quando a temperatura atingiu 600 ℃, a massa foi reduzida em 70%. Quando a temperatura atingiu 300oC, a massa de CMC-LI foi reduzida em 70%. Quando a temperatura atingiu 400 ℃, a massa de CMC-LI foi reduzida em 10%. O CMCLI é mais facilmente decomposto do que o PVDF no final da duração da bateria.

2.2)A condutividade elétrica

S. Chou et al. Os resultados dos testes mostraram que a resistividade de CMCLI-1, CMC-LI-2 e PVDF foi de 0,3154 Mn · me 0,2634 Mn, respectivamente. M e 20.0365 Mn · m, indicando que a resistividade do PVDF é maior que a do CMCLI, a condutividade do CMC-LI é melhor que a do PVDF, e a condutividade do CMCLI.1 é menor que a do CMCLI.2.

2.3)Desempenho eletroquímico

FM Courtel et al. estudaram as curvas de voltametria cíclica dos eletrodos à base de poli-sulfonato (AQ) quando diferentes ligantes foram usados. Os ligantes diferentes têm diferentes reações de oxidação e redução, portanto o potencial de pico é diferente. Entre eles, o potencial de oxidação do CMCLI é de 2,15V e o potencial de redução é de 2,55V. O potencial de oxidação e o potencial de redução do PVDF foram de 2,605 V e 1,950 V, respectivamente. Comparado com as curvas de voltametria cíclica das duas vezes anteriores, a diferença de potencial de pico do pico de redução de oxidação quando o aglutinante CMCLI foi usado foi menor do que o que o PVDF foi usado, indicando que a reação foi menos prejudicada e o Binder CMCLI estava mais propício para A ocorrência da reação de redução de oxidação.

2. Efeito do aplicativo e mecanismo de CMC

1) Efeito da aplicação

PJ Suo et al. Estudou o desempenho eletroquímico dos materiais compósitos Si/C quando PVDF e CMC foram usados ​​como ligantes e descobriram que a bateria usando CMC tinha uma capacidade específica reversível de 700mAh/g pela primeira vez e ainda tinha 597mAh/g após 4o ciclos, que foi superior à bateria usando PVDF. JH Lee et al. estudou a influência do DS do CMC na estabilidade da suspensão de grafite e acreditava que a qualidade do líquido da suspensão foi determinada pelo DS. Em baixo DS, o CMC possui fortes propriedades hidrofóbicas e pode aumentar a reação com a superfície da grafite quando a água é usada como meio. O CMC também tem vantagens na manutenção da estabilidade das propriedades cíclicas dos materiais de silício - liga de lata. Os eletrodos de NIO foram preparados com diferentes concentrações (0,1moul, 0,3 mol/L e 0,5 mol/L) CMC e PVDF, e carregados e descarregados a 1,5-3,5V com uma corrente de 0,1C. Durante o primeiro ciclo, a capacidade da célula aglutinada em PVDF foi maior que a da célula aglutinada CMC. Quando o número de ciclos atinge o LO, a capacidade de descarga do aglutinante em PVDF diminui obviamente. Após 4JD ciclos, as capacidades de descarga específicas de 0,1Movl, 0,3moul e 0,5Movlpvdf ligantes diminuíram para 250mAh/g, 157matv 'g e 102mAh/g, respectivamente: as capacidades específicas de descarga de baterias com 0,1 mol/l, 0,3 mol/l e o ligante de 0,5 mol/LCMC foram mantidos em 698mAh/g, 555mAh/g e 550mAh/g, respectivamente.

O fichário CMC é usado no liti0. : e nanopartículas SNO2 em produção industrial. Usando o CMC como ligante, LifePO4 e Li4Ti50L2 como materiais ativos positivos e negativos, respectivamente, e usando Pyr14fs1 como eletrólito retardador de chama, a bateria foi ciclada 150 vezes a uma corrente de 0,1C a 1,5V ~ 3,5V à temperatura e o específico positivo A capacitância foi mantida em 140mAh/g. Entre os vários sais de metal no CMC, o CMCLI apresenta outros íons metálicos, que podem inibir a “reação de troca (VII)” no eletrólito durante a circulação.

2) mecanismo de melhoria de desempenho

CMC Li Binder pode melhorar o desempenho eletroquímico do eletrodo base AQ na bateria de lítio. M. E et al. -4 conduziu um estudo preliminar sobre o mecanismo e propôs um modelo de distribuição de CMC-LI no eletrodo AQ. O bom desempenho do CMCLI vem do forte efeito de ligação das ligações de hidrogênio produzidas por um OH, que contribui para a formação eficiente de estruturas de malha. O CMC-LI hidrofílico não se dissolverá no eletrólito orgânico, por isso tem uma boa estabilidade na bateria e tem forte adesão à estrutura do eletrodo, o que faz com que a bateria tenha uma boa estabilidade. O aglutinante CMC-LI tem uma boa condutividade de LI, porque há um grande número de grupos funcionais na cadeia molecular de CMC-LI. Durante a alta, existem duas fontes de substâncias eficazes que atuam com Li: (1) Li no eletrólito; (2) Li na cadeia molecular do CMC-LI perto do centro efetivo da substância ativa.

A reação do grupo hidroxila e do grupo hidroxila no ligante de carboximetil cmc-LI formará ligação covalente; Sob a ação da força de campo elétrico, U pode transferir na cadeia molecular ou na cadeia molecular adjacente, ou seja, a estrutura da cadeia molecular não será danificada; Eventualmente, LJ se unirá à partícula de AQ. Isso indica que a aplicação do CMCLI não apenas melhora a eficiência de transferência de LI, mas também melhora a taxa de utilização da aq. Quanto maior o conteúdo de CH: Cooli e 10li na cadeia molecular, a transferência mais fácil de Li. M. Arrmand et al. Acreditava que os compostos orgânicos de -cooh ou oh poderiam reagir com 1 Li, respectivamente, e produzir 1 c00li ou 1 0li com baixo potencial. Para explorar ainda mais o mecanismo do ligante do CMCLI no eletrodo, o CMC-LI-1 foi usado como material ativo e conclusões semelhantes foram obtidas. Li reage com um CH, COOH e um 0H do CMC Li e gera CH: Cooli e um 0 “respectivamente, como mostrado nas equações (1) e (2)

À medida que o número de CH, Cooli e OLI aumenta, o DS de CMC-LI aumenta. Isso mostra que a camada orgânica composta principalmente pelo aglutinante da superfície de partículas de AQ se torna mais estável e mais fácil de transferir Li. O CMCLI é um polímero condutor que fornece uma rota de transporte para Li atingir a superfície das partículas de AQ. Os ligantes de CMCLI têm boa condutividade eletrônica e iônica, o que resulta em bom desempenho eletroquímico e vida útil de ciclo longo dos eletrodos CMCLI. JS Bridel et al. Preparou o ânodo da bateria de íons de lítio usando materiais compósitos de silício/carbono/polímero com diferentes ligantes para estudar a influência da interação entre silício e polímero no desempenho geral da bateria e descobriu que o CMC tinha o melhor desempenho quando usado como fichário. Existe uma forte ligação de hidrogênio entre o silício e o CMC, que possui capacidade de autocura e pode ajustar o aumento do estresse do material durante o processo de ciclismo para manter a estabilidade da estrutura do material. Com o CMC como fichário, a capacidade do ânodo de silício pode ser mantida acima de 1000mAh/g em pelo menos 100 ciclos, e a eficiência do Coulomb é próxima de 99,9%.

3, conclusão

Como aglutinante, o material CMC pode ser usado em diferentes tipos de materiais de eletrodo, como grafite natural, microesferas de carbono meso-fase (MCMB), titanato de lítio, material de ânodo à base de lítio e material de ânodo de fosfato de lítio, que pode melhorar a bateria Capacidade, estabilidade do ciclo e vida útil do ciclo em comparação com PYDF. É benéfico para a estabilidade térmica, condutividade elétrica e propriedades eletroquímicas dos materiais CMC. Existem dois mecanismos principais para o CMC melhorar o desempenho das baterias de íons de lítio:

(1) o desempenho estável de ligação do CMC cria um pré -requisito necessário para obter o desempenho estável da bateria;

(2) O CMC tem uma boa condutividade de elétrons e íons e pode promover a transferência de LI