CMC este utilizat în industria bateriilor

Ce este carboximetil celuloza de sodiu?

Carboximetilceluloza de sodiu, (numită și: Carboximetil celuloză sare de sodiu, Carboximetil celuloză, CMC, Carboximetil, Celuloză de sodiu, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) este cele mai utilizate tipuri de fibre din lume, doza maximă.

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

Progrese în aplicarea carboximetil celulozei de sodiu CMCîn bateriile litiu-ion

În prezent, fluorură 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 costisitor, ci trebuie să fie utilizat în procesul de aplicare a explozivilor, prietenos cu mediul de solvenți organici, cum ar fi N metil, care alcan cetonă (NMp) și cerințele de umiditate a aerului pentru procesul de producție strict, de asemenea, ușor cu încorporat metal litiu, litiu grafit reacție secundară, în special în condiția de temperatură ridicată, un risc spontan de evadare termică. Carboximetil celuloza de sodiu (CMC), un liant solubil în apă, este utilizată ca înlocuitor al pVDF pentru materialele electrozilor, care poate evita utilizarea NMp, poate reduce costurile și poate reduce poluarea mediului. În același timp, procesul de producție nu necesită umiditate ambientală, dar poate îmbunătăți capacitatea bateriei și poate prelungi durata de viață. În această lucrare, a fost trecut în revistă rolul CMC în performanța bateriei litiu-ion, iar mecanismul CMC de îmbunătățire a performanței 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 după un grad diferit de substituție (Ds), iar morfologia și performanța produsului sunt foarte afectate de Ds. LXie și colab. a studiat THE CMC cu Ds ale diferitelor perechi H de Na. Rezultatele analizei SEM au arătat că CMC-Li-1 (Ds = 1,00) a prezentat structură granulară, iar CMC-Li-2 (Ds = 0,62) a prezentat structură liniară. Cercetările lui M. E și colab. au demonstrat că CMC. Cauciucul stiren-butadienă (SBR) poate inhiba aglomerarea Li:O și poate stabiliza structura interfeței, ceea ce este benefic pentru performanța electrochimică.

2) Performanța CMC

2.1)Stabilitate termică

Zj Han şi colab. a studiat stabilitatea termică a diferiților lianți. Temperatura critică a pVDF este de aproximativ 4500C. Când se ajunge la 500℃, are loc o descompunere rapidă, iar masa este redusă cu aproximativ 70%. Când temperatura a ajuns la 600℃, masa a fost redusă și mai mult cu 70%. Când temperatura a atins 300oC, masa de CMC-Li a fost redusă cu 70%. Când temperatura a atins 400℃, masa CMC-Li a fost redusă cu 10%. CMCLi se descompune mai ușor decât pVDF la sfârșitul duratei de viață a bateriei.

2.2)Conductivitatea electrică

S. Chou et al. Rezultatele testului lui au arătat că rezistivitatea CMCLI-1, CMC-Li-2 și pVDF au fost de 0,3154 Mn·m și, respectiv, 0,2634 Mn. M și 20,0365 Mn·m, indicând faptul că rezistivitatea pVDF este mai mare decât cea a CMCLi, conductivitatea CMC-LI este mai bună decât cea a pVDF și conductivitatea CMCLI.1 este mai mică decât cea a CMCLI.2.

2.3)Performanță electrochimică

FM Courtel și colab. a studiat curbele voltametriei ciclice ale electrozilor pe bază de polisulfonat (AQ) atunci când au fost utilizați diferiți lianți. Diferiți lianți au reacții de oxidare și reducere diferite, astfel încât potențialul de vârf este diferit. Printre acestea, potențialul de oxidare al CMCLi este de 2,15 V, iar potențialul de reducere este de 2,55 V. Potențialul de oxidare și potențialul de reducere al pVDF au fost 2,605 V și, respectiv, 1,950 V. În comparație cu curbele voltametriei ciclice din cele două timpuri anterioare, diferența de potențial maximă a vârfului de oxidare-reducere atunci când a fost utilizat liantul CMCLi a fost mai mică decât atunci când a fost utilizat pVDF, ceea ce indică faptul că reacția a fost mai puțin împiedicată și liantul CMCLi a fost mai propice pentru apariţia reacţiei de oxidare-reducere.

2. Efectul de aplicare și mecanismul CMC

1) Efectul de aplicare

Pj Suo și colab. a studiat performanța electrochimică a materialelor compozite Si/C atunci când pVDF și CMC au fost folosite ca lianți și a constatat că bateria care folosea CMC avea o capacitate specifică reversibilă de 700mAh/g pentru prima dată și încă mai avea 597mAh/g după 40 cicluri, ceea ce a fost superior bateriei folosind pVDF. Jh Lee și colab. a studiat influența Ds a CMC asupra stabilității suspensiei de grafit și a considerat că calitatea lichidă a suspensiei a fost determinată de Ds. La DS scăzut, CMC are proprietăți hidrofobe puternice și poate crește reacția cu suprafața de grafit atunci când apa este folosită ca mediu. CMC are, de asemenea, avantaje în menținerea stabilității proprietăților ciclice ale materialelor anodice din aliaj de siliciu – staniu. Electrozii NiO au fost preparați cu diferite concentrații (0,1 moL, 0,3 mol/L și 0,5 mol/L) CMC și liant pVDF și încărcat și descărcat la 1,5-3,5 V 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 la lO, capacitatea de descărcare a liantului pVDF scade evident. După cicluri de 4JD, capacitățile specifice de descărcare ale lianților de 0,1 movL, 0,3 MOUL și 0,5 MovLPVDF au scăzut la 250 mAh/g, 157 mAtv 'g și respectiv 102 mAh/g: Capacitățile specifice de descărcare ale bateriilor cu 0,1 moL/L, 0,3 moL/L, şi 0,5 moL/LCMC liant au fost menținut la 698mAh/g, 555mAh/g și, respectiv, 550mAh/g.

Liantul CMC este utilizat pe LiTI0. : și nanoparticule de SnO2 în producția industrială. Folosind CMC ca liant, LiFepO4 și Li4TI50l2 ca materiale active pozitive și, respectiv, negative, și folosind pYR14FS1 ca electrolit ignifug, bateria a fost ciclată de 150 de ori la un curent de 0,1c la 1,5v ~ 3,5V la temperatură și pozitiv specific. capacitatea a fost menținută la 140 mAh/g. Printre diferitele săruri metalice din CMC, CMCLi introduce alți ioni metalici, care pot inhiba „reacția de schimb (vii)” în electrolit în timpul circulației.

2) Mecanism de îmbunătățire a performanței

Liantul CMC Li poate îmbunătăți performanța electrochimică a electrodului de bază AQ în bateria cu litiu. M. E şi 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 de legare puternic al legăturilor de hidrogen produse de un OH, care contribuie la formarea eficientă a structurilor de plasă. CMC-Li hidrofil 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 bună a Li, deoarece există un număr mare de grupe funcționale pe lanțul molecular al CMC-Li. În timpul descărcării, există două surse de substanțe eficiente care acționează cu Li: (1) Li în electrolit; (2) Li pe lanțul molecular al CMC-Li lângă centrul efectiv al substanței active.

Reacția grupării hidroxil și grupării hidroxil în liantul carboximetil CMC-Li va forma legătura covalentă; Sub acțiunea forței câmpului 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 transferului de Li, dar îmbunătățește și rata de utilizare a AQ. Cu cât este mai mare conținutul de cH: COOLi și 10Li în lanțul molecular, cu atât este mai ușor transferul de Li. M. Arrmand şi colab. credea că compușii organici ai -COOH sau OH ar putea reacționa cu 1 Li, respectiv, și să producă 1 C00Li sau 10Li la potențial scăzut. Pentru a explora în continuare mecanismul liantului CMCLi în electrod, CMC-Li-1 a fost folosit ca material activ și s-au obținut concluzii similare. Li reacționează cu un cH, COOH și un 0H din CMC Li și generează cH: COOLi și unul 0, respectiv, așa cum se arată în ecuațiile (1) și (2)

Pe măsură ce numărul de cH, COOLi și OLi crește, DS de CMC-Li crește. Acest lucru arată că stratul organic compus în principal din liant de suprafață a 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. Lianții CMCLi au o conductivitate electronică și ionică bună, ceea ce are ca rezultat o performanță electrochimică bună și un ciclu lung de viață al electrozilor CMCLi. JS Bridel şi colab. a pregătit anodul bateriei litiu-ion folosind materiale compozite 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 cea mai bună performanță atunci când a fost folosit ca liant. Există o legătură puternică de hidrogen între siliciu și CMC, care are o capacitate de auto-vindecare și poate ajusta stresul crescând 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 1000 mAh/g în cel puțin 100 de cicluri, iar eficiența coulombului este aproape de 99,9%.

3, concluzie

Ca liant, materialul CMC poate fi utilizat în diferite tipuri de materiale pentru electrozi, cum ar fi grafit natural, microsfere de carbon mezo-fazice (MCMB), titanat de litiu, material anodic pe bază de siliciu pe bază de staniu și material anod de litiu fier fosfat, care poate îmbunătăți bateria. capacitatea, stabilitatea ciclului și durata 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 stabilă de legătură a CMC creează o condiție prealabilă necesară pentru obținerea unei performanțe stabile a bateriei;

(2) CMC are o conductivitate bună a electronilor și ionilor și poate promova transferul de Li