CMC usa na indústria de baterias

O que é carboximetilcelulose sódica?

Carboximetilcelulose de sódio, (também chamada: Sal de sódio de carboximetilcelulose, Carboximetilcelulose, CMC, Carboximetil, CeluloseSódio, Sal de sódiodeCaboxiMetilCelulose) é o tipo de fibra mais utilizado no mundo, dosagem máxima.

Cmc-na é um derivado de celulose com grau de polimerização de 100 ~ 2.000 e peso molecular de 242,16. Pó branco fibroso ou granulado. Inodoro, insípido, insípido, higroscópico, insolúvel em solventes orgânicos. Este artigo visa principalmente compreender a aplicação da carboximetilcelulose de sódio em detalhes de baterias de íon de lítio.

Progresso na aplicação de carboximetilcelulose sódica CMCem baterias de íon de lítio

Atualmente, o fluoreto de polivinilideno [pVDF, (CH: A CF :)] é amplamente utilizado como aglutinante na produção de baterias de íon de lítio. . O PVDF não é apenas caro, também precisa ser usado no processo de aplicação de explosivos, amigáveis ​​ao meio ambiente de solventes orgânicos, como N metil, que atende estritamente aos requisitos de alcano cetona (NMp) e umidade do ar para o processo de produção, também facilmente com incorporado lítio metálico, reação secundária de grafite de lítio, especialmente em condições de alta temperatura, um risco espontâneo de fuga térmica. A carboximetilcelulose de sódio (CMC), um aglutinante solúvel em água, é usada como substituto do pVDF para materiais de eletrodos, o que pode evitar o uso de NMp, reduzir custos e reduzir a poluição ambiental. Ao mesmo tempo, o processo de produção não necessita de umidade ambiental, mas também pode melhorar a capacidade da bateria, prolongar o ciclo de vida. Neste artigo, o papel do CMC no desempenho da bateria de íons de lítio foi revisado, e o mecanismo do CMC para melhorar o desempenho da bateria foi resumido a partir dos aspectos de estabilidade térmica, condutividade elétrica e características eletroquímicas.

1. Estrutura e atuação do CMC

1) Estrutura do CMC

O CMC é geralmente classificado por diferentes graus de substituição (Ds), e a morfologia e o desempenho do produto são grandemente afetados pelos Ds. LXie et al. estudaram o CMC com Ds de diferentes pares H de Na. Os resultados da análise SEM mostraram que o CMC-Li-1 (Ds = 1,00) apresentou estrutura granular e o CMC-Li-2 (Ds = 0,62) apresentou estrutura linear. A pesquisa de M. E et al comprovou que o CMC. Borracha de estireno butadieno (SBR) pode inibir a aglomeração de Li: O e estabilizar a estrutura da interface, o que é benéfico 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°C, ocorre uma rápida decomposição e a massa é reduzida em cerca de 70%. Quando a temperatura atingiu 600°C, a massa foi reduzida ainda mais em 70%. Quando a temperatura atingiu 300oC, a massa de CMC-Li foi reduzida em 70%. Quando a temperatura atingiu 400°C, a massa de CMC-Li foi reduzida em 10%. O CMCLi é decomposto mais facilmente do que o pVDF no final da vida útil da bateria.

2.2)A condutividade elétrica

S. Chou et al. Os resultados dos testes mostraram que a resistividade do CMCLI-1, CMC-Li-2 e pVDF foi de 0,3154 Mn·m e 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 de eletrodos à base de polissulfonato (AQ) quando diferentes ligantes foram utilizados. Diferentes ligantes têm diferentes reações de oxidação e redução, portanto o potencial de pico é diferente. Entre eles, o potencial de oxidação do CMCLi é 2,15V e o potencial de redução é 2,55V. O potencial de oxidação e o potencial de redução do pVDF foram 2,605 V e 1,950 V respectivamente. Em comparação com as curvas de voltametria cíclica dos dois tempos anteriores, a diferença de potencial do pico de oxidação-redução quando o ligante CMCLi foi usado foi menor do que quando o pVDF foi usado, indicando que a reação foi menos dificultada e o ligante CMCLi foi mais propício para a ocorrência da reação de oxidação-redução.

2. Efeito de aplicação e mecanismo do CMC

1) Efeito de aplicação

Pj Suo et al. estudaram o desempenho eletroquímico de 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 ciclos de 4O, que foi superior à bateria usando pVDF. JH Lee et al. estudaram a influência do Ds do CMC na estabilidade da suspensão de grafite e acreditaram que a qualidade líquida da suspensão era determinada pelo Ds. Em baixo DS, o CMC possui fortes propriedades hidrofóbicas e pode aumentar a reação com a superfície do grafite quando a água é usada como meio. O CMC também tem vantagens na manutenção da estabilidade das propriedades cíclicas dos materiais anódicos de liga de silício-estanho. Os eletrodos de NiO foram preparados com diferentes concentrações (0,1mouL, 0,3mol/L e 0,5mol/L) de CMC e ligante pVDF, e carregados e descarregados a 1,5-3,5V com uma corrente de 0,1c. Durante o primeiro ciclo, a capacidade da célula ligante pVDF foi superior à da célula ligante CMC. Quando o número de ciclos atinge lO, a capacidade de descarga do ligante pVDF diminui obviamente. Após os ciclos 4JD, as capacidades específicas de descarga dos ligantes 0,1movL, 0,3MOUL e 0,5MovLPVDF diminuíram para 250mAh/g, 157mAtv 'g e 102mAh/g, respectivamente: As capacidades específicas de descarga das baterias com 0,1 mol/L, 0,3 mol/L e 0,5 mol/ligante LCMC foram mantidos a 698mAh/g, 555mAh/ge 550mAh/g, respectivamente.

O aglutinante CMC é usado em LiTI0. : e nanopartículas de SnO2 na produção industrial. Usando CMC como aglutinante, 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 em temperatura, e o específico positivo a capacitância foi mantida em 140mAh/g. Entre vários sais metálicos no CMC, o CMCLi introduz outros íons metálicos, que podem inibir a “reação de troca (vii)” no eletrólito durante a circulação.

2) Mecanismo de melhoria de desempenho

O aglutinante CMC Li pode melhorar o desempenho eletroquímico do eletrodo base AQ em bateria de lítio. M.E et al. -4 realizaram um estudo preliminar sobre o mecanismo e propuseram 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, o que contribui para a formação eficiente de estruturas de malha. O CMC-Li hidrofílico não se dissolve no eletrólito orgânico, por isso possui boa estabilidade na bateria e possui forte adesão à estrutura do eletrodo, o que faz com que a bateria tenha uma boa estabilidade. O ligante Cmc-li tem boa condutividade de Li porque há um grande número de grupos funcionais na cadeia molecular do CMC-Li. Durante a descarga, existem duas fontes de substâncias eficazes que atuam com o Li: (1) Li no eletrólito; (2) Li na cadeia molecular do CMC-Li próximo do centro efetivo da substância ativa.

A reação do grupo hidroxila e do grupo hidroxila no ligante carboximetil CMC-Li formará uma ligação covalente; Sob a ação da força do campo elétrico, U pode ser transferido para a cadeia molecular ou cadeia molecular adjacente, ou seja, a estrutura da cadeia molecular não será danificada; Eventualmente, Lj se ligará à partícula AQ. Isto indica que a aplicação de CMCLi não só melhora a eficiência de transferência de Li, mas também melhora a taxa de utilização de AQ. Quanto maior o conteúdo de cH:COOLi e 10Li na cadeia molecular, mais fácil é a transferência de Li. M.Arrmand et al. acreditavam que compostos orgânicos de -COOH ou OH poderiam reagir com 1 Li respectivamente e produzir 1 C00Li ou 1 0Li em baixo potencial. A fim de explorar ainda mais o mecanismo do ligante CMCLi no eletrodo, o CMC-Li-1 foi utilizado 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, conforme mostrado nas equações (1) e (2)

À medida que o número de cH, COOLi e OLi aumenta, o DS do CMC-Li aumenta. Isto mostra que a camada orgânica composta principalmente por ligante de superfície de partículas AQ torna-se mais estável e mais fácil de transferir Li. CMCLi é um polímero condutor que fornece uma rota de transporte para o Li atingir a superfície das partículas AQ. Os ligantes CMCLi possuem boa condutividade eletrônica e iônica, o que resulta em bom desempenho eletroquímico e longo ciclo de vida dos eletrodos CMCLi. JS Bridel et al. preparou o ânodo da bateria de íon 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 teve o melhor desempenho quando usado como ligante. Existe uma forte ligação de hidrogênio entre o silício e o CMC, que tem capacidade de autocura e pode ajustar a tensão crescente do material durante o processo de ciclagem para manter a estabilidade da estrutura do material. Com o CMC como aglutinante, a capacidade do ânodo de silício pode ser mantida acima de 1000mAh/g em pelo menos 100 ciclos, e a eficiência de 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 mesofásicas (MCMB), titanato de lítio, material de ânodo à base de silício à base de estanho e material de ânodo de fosfato de ferro-lítio, que pode melhorar a bateria capacidade, estabilidade do ciclo e ciclo de vida 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 íon de lítio:

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

(2) O CMC tem boa condutividade eletrônica e iônica e pode promover a transferência de Li