CMC utilizează în industria bateriilor

Ce este carboximetil celuloză de sodiu?

Carboximetil celuloză de sodiu, (denumit și: carboximetil celuloză de sodiu sare, carboximetil celuloză, CMC, carboximetil, celulosesodium, sodiumsaltofcaboximetilceluloză) este cele mai utilizate tipuri de fibre cele mai utilizate din lume.

CMC-NA este un derivat de celuloză cu un grad de polimerizare de 100 ~ 2000 și o greutate moleculară de 242,16. Pulbere fibroasă sau granulară albă. Undont, fără gust, fără gust, higroscopic, insolubil în solvenți organici. Această lucrare în principal pentru a înțelege aplicarea celulozei carboximetilice de sodiu în detaliile bateriei cu ioni de litiu.

Progresul în aplicarea celulozei carboximetil de sodiu CMCîn baterii cu ioni de litiu

În prezent, fluorura de poliviniliden [PVDF, (CH: A CF :)] este utilizată pe scară largă ca liant în producția de baterii cu ioni de litiu. . PVDF nu este doar scump, de asemenea, trebuie să fie utilizat în procesul de aplicare a explozivului, prietenos cu mediul solvenților organici, cum ar fi N de metil pe care cetona alcană (NMP) și cerințele de umiditate a aerului pentru procesul de producție strict, de asemenea, cu ușurință cu încorporat cu încorporat cu încorporat, cu încorporare încorporat Litiu metalic, reacție secundară de grafit de litiu, în special în condiția de temperatură ridicată, un risc spontan de fugă termică. Carboximetil celuloză de sodiu (CMC), un liant solubil în apă, este utilizat ca substitut al PVDF pentru materialele cu electrozi, care pot evita utilizarea NMP, reduce costurile și reduce poluarea mediului. În același timp, procesul de producție nu necesită umiditate de mediu, dar poate îmbunătăți capacitatea bateriei, prelungi durata de viață a ciclului. În această lucrare, rolul CMC în performanța bateriei cu ioni de litiu a fost revizuit, iar mecanismul CMC care îmbunătățește performanța bateriei a fost rezumat din aspectele stabilității termice, conductivității electrice și caracteristicilor electrochimice.

1. Structura și performanța CMC

1) Structura CMC

CMC este, în general, clasificat de un grad diferit de substituție (DS), iar morfologia și performanța produsului sunt mult afectate de DS. LXIE și colab. a studiat CMC cu DS de diferite perechi H de NA. Rezultatele analizei SEM au arătat că CMC-Li-1 (DS = 1,00) a prezentat structura granulară, iar CMC-Li-2 (DS = 0,62) a prezentat structura liniară. Cercetarea lui M. E și colab. A dovedit că CMC. Cauciucul de butadienă stiren (SBR) poate inhiba aglomerarea Li: O și stabiliza structura interfeței, care este benefică pentru performanța electrochimică.

2) Performanța CMC

2.1)Stabilitatea termică

Zj Han și colab. a studiat stabilitatea termică a diferiților lianți. Temperatura critică a PVDF este de aproximativ 4500C. Când ajungeți la 500 ℃, apare o descompunere rapidă și masa este redusă cu aproximativ 70%. Când temperatura a ajuns la 600 ℃, masa a fost redusă în continuare cu 70%. Când temperatura a ajuns la 300OC, masa CMC-LI a fost redusă cu 70%. Când temperatura a ajuns la 400 ℃, masa CMC-LI a fost redusă cu 10%. CMCLI este mai ușor descompus decât PVDF la sfârșitul duratei de viață a bateriei.

2.2)Conductivitatea electrică

S. Chou și colab. Rezultatele testelor au arătat că rezistivitatea CMCLI-1, CMC-LI-2 și PVDF a fost 0,3154 mn · m și, respectiv, 0,2634 mn. M și 20.0365 mn · m, ceea ce indică faptul că rezistivitatea PVDF este mai mare decât cea a CMCLI, conductivitatea CMC-Li este mai bună decât cea a PVDF, iar conductivitatea CMCLI.1 este mai mică decât cea a CMCLI.2.

2.3)Performanță electrochimică

FM Courtel și colab. a studiat curbele de voltammetrie ciclică ale electrozilor pe bază de poli-sulfonat (AQ) atunci când au fost utilizate diferite lianți. Diferiți lianți au reacții diferite de oxidare și reducere, deci potențialul de vârf este diferit. Printre aceștia, potențialul de oxidare a CMCLI este de 2,15V, iar potențialul de reducere este 2,55V. Potențialul de oxidare și potențialul de reducere a PVDF au fost 2,605 V, respectiv 1.950 V. În comparație cu curbele de voltammetrie ciclică din cele două ori precedente, diferența maximă de potențial al vârfului de reducere a oxidării atunci când s-a utilizat liantul CMCLI a fost mai mică decât cea când a fost utilizată PVDF, ceea ce indică faptul că reacția a fost mai puțin împiedicată și liantul CMCLI a fost mai conducător la apariția reacției de reducere a oxidării.

2. Efectul de aplicare și mecanismul CMC

1) efect de aplicare

PJ Suo și colab. a studiat performanța electrochimică a materialelor compozite Si/C atunci când PVDF și CMC au fost utilizate ca lianți și a constatat că bateria folosind CMC are o capacitate specifică reversibilă de 700mAh/g pentru prima dată și mai avea 597mAh/g după 4o cicluri, care care a fost superior bateriei folosind PVDF. JH Lee și colab. a studiat influența DS a CMC asupra stabilității suspensiei de grafit și a crezut că calitatea lichidului de suspensie a fost determinată de DS. La DS scăzut, CMC are proprietăți hidrofobe puternice și poate crește reacția cu suprafața grafitului atunci când apa este utilizată ca medie. CMC are, de asemenea, avantaje în menținerea stabilității proprietăților ciclice ale materialelor anodice din aliaj de tin. Electrozii NIO au fost preparați cu concentrații diferite (0,1moul, 0,3mol/L și 0,5mol/L) CMC și liant PVDF și încărcați și descărcați la 1,5-3,5V cu un curent de 0,1C. În timpul primului ciclu, capacitatea celulei de liant PVDF a fost mai mare decât cea a celulei de liant CMC. Când numărul de cicluri ajunge LO, capacitatea de descărcare a liantului PVDF scade, evident,. După cicluri 4JD, capacitățile specifice de descărcare de 0,1movl, 0,3moul și 0,5MovlPVDF au scăzut la 250mAh/g, 157MATV 'G și 102mAh/g, respectiv: capacitățile specifice de descărcare ale bateriilor cu 0,1 mol/L, 0,3 mol/L: și un liant de 0,5 mol/LCMC au fost menținute la 698mAh/g, 555mAh/g și, respectiv, 550mAh/g.

Liantul CMC este utilizat pe liti0. : și nanoparticule SNO2 în producția industrială. Folosind CMC ca liant, LifePO4 și Li4TI50L2 ca materiale active pozitive și negative, respectiv, și folosind PYR14FS1 ca electrolit retardant cu flacără, bateria a fost ciclată de 150 de ori la un curent de 0,1C la 1,5V ~ 3,5V la temperatură, iar specificul pozitiv specific pozitiv pozitiv specific pozitiv pozitiv Capacitatea a fost menținută la 140mAh/g. Printre diverse săruri metalice din CMC, CMCLI introduce alți ioni metalici, care pot inhiba „reacția de schimb (VII)” în electrolit în timpul circulației.

2) Mecanismul îmbunătățirii performanței

Liantul CMC Li poate îmbunătăți performanța electrochimică a electrodului de bază AQ în bateria de litiu. M. E și colab. -4 a efectuat un studiu preliminar asupra mecanismului și a propus un model de distribuție a CMC-LI în electrodul AQ. Performanța bună a CMCLI provine din efectul puternic de legare a legăturilor de hidrogen produse de un OH, care contribuie la formarea eficientă a structurilor de plasă. CMC-LI hidrofilic nu se va dizolva în electrolitul organic, deci are o stabilitate bună în baterie și are o aderență puternică la structura electrodului, ceea ce face ca bateria să aibă o stabilitate bună. Liantul CMC-LI are o conductivitate LI bună, deoarece există un număr mare de grupuri funcționale pe lanțul molecular al CMC-LI. În timpul externării, există două surse de substanțe eficiente care acționează cu Li: (1) Li în electrolit; (2) Li pe lanțul molecular al CMC-Li în apropierea centrului efectiv al substanței active.

Reacția grupului hidroxil și a grupului hidroxil în liantul carboximetil CMC-LI va forma o legătură covalentă; Sub acțiunea forței de câmp electric, U se poate transfera pe lanțul molecular sau pe lanțul molecular adiacent, adică structura lanțului molecular nu va fi deteriorată; În cele din urmă, LJ se va lega de particula AQ. Acest lucru indică faptul că aplicarea CMCLI nu numai că îmbunătățește eficiența de transfer a Li, dar îmbunătățește și rata de utilizare a AQ. Cu cât conținutul este mai mare de CH: Cooli și 10li în lanțul molecular, cu atât transferul Li mai ușor. M. Arrmand și colab. Credea că compușii organici de -cooh sau OH ar putea reacționa cu 1 Li respectiv și pot produce 1 C00LI sau 1 0Li la un potențial scăzut. Pentru a explora în continuare mecanismul liantului CMCLI în electrod, CMC-LI-1 a fost utilizat ca material activ și au fost obținute concluzii similare. Li reacționează cu un CH, COOH și unul 0H de la CMC Li și generează CH: Cooli și, respectiv, unul 0 „, așa cum se arată în ecuațiile (1) și (2)

Pe măsură ce numărul de CH, Cooli și OLI crește, DS-ul CMC-Li crește. Acest lucru arată că stratul organic compus în principal din liantul de suprafață al particulelor AQ devine mai stabil și mai ușor de transferat Li. CMCLI este un polimer conductiv care oferă o cale de transport pentru ca Li să ajungă la suprafața particulelor AQ. Liantii CMCLI au o conductivitate electronică și ionică bună, ceea ce duce la o performanță electrochimică bună și la o durată de viață lungă a electrozilor CMCLI. JS Bridel și colab. a preparat anodul bateriei cu ioni de litiu folosind materiale compozite de siliciu/carbon/polimer cu diferiți lianți pentru a studia influența interacțiunii dintre siliciu și polimer asupra performanței generale a bateriei și a constatat că CMC a avut cele mai bune performanțe atunci când este utilizat ca liant. Există o legătură puternică de hidrogen între siliciu și CMC, care are o capacitate de auto-vindecare și poate ajusta stresul din ce în ce mai mare al materialului în timpul procesului de ciclism pentru a menține stabilitatea structurii materialului. Cu CMC ca liant, capacitatea anodului de siliciu poate fi menținută peste 1000mAh/g în cel puțin 100 de cicluri, iar eficiența Coulomb este aproape de 99,9%.

3, concluzie

Ca liant, materialul CMC poate fi utilizat în diferite tipuri de materiale cu electrod, cum ar fi grafitul natural, microsferele de carbon în fază de meso (MCMB), titanatul de litiu, materialul anodului pe bază de siliciu pe bază Capacitatea, stabilitatea ciclului și durata de viață a ciclului în comparație cu PYDF. Este benefic pentru stabilitatea termică, conductivitatea electrică și proprietățile electrochimice ale materialelor CMC. Există două mecanisme principale pentru CMC pentru a îmbunătăți performanța bateriilor cu ioni de litiu:

(1) Performanța de legătură stabilă a CMC creează o condiție prealabilă necesară pentru obținerea performanței stabile a bateriei;

(2) CMC are o conductivitate bună de electroni și ioni și poate promova transferul LI