CMC использует в аккумуляторной промышленности

Что такое карбоксиметилцеллюлоза натрия??

Натрий-карбоксиметилцеллюлоза (также называемая: натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлоза, CMC, карбоксиметил, целлюлоза-натрий, натриевая соль-кабоксиметилцеллюлоза) является наиболее широко используемым в мире видом клетчатки, максимальная дозировка.

Cmc-na представляет собой производное целлюлозы со степенью полимеризации 100-2000 и молекулярной массой 242,16. Белый волокнистый или гранулированный порошок. Без запаха, безвкусный, безвкусный, гигроскопичен, нерастворим в органических растворителях. Эта статья в основном предназначена для понимания применения натрийкарбоксиметилцеллюлозы в деталях литий-ионных аккумуляторов.

Прогресс в применении натрийкарбоксиметилцеллюлозы КМЦв литий-ионных батареях

В настоящее время поливинилиденфторид [pVDF, (CH:ACF:)] широко используется в качестве связующего при производстве литий-ионных аккумуляторов. . ПВДФ не только дорог, но и требует использования в процессе применения взрывчатых веществ, безопасных для окружающей среды органических растворителей, таких как N-метил, который строго соответствует требованиям алкан-кетона (NMp) и влажности воздуха для производственного процесса, а также легко встроен металлический литий, вторичная реакция лития-графита, особенно в условиях высокой температуры, спонтанный риск термического выхода из-под контроля. Карбоксиметилцеллюлоза натрия (КМЦ), водорастворимое связующее, используется в качестве заменителя пВДФ в электродных материалах, что позволяет избежать использования НМп, снизить затраты и уменьшить загрязнение окружающей среды. В то же время производственный процесс не требует влажности окружающей среды, но также может улучшить емкость аккумулятора и продлить срок его службы. В этой статье была рассмотрена роль КМЦ в работе литий-ионной батареи, а также обобщен механизм улучшения производительности батареи КМЦ с точки зрения термической стабильности, электропроводности и электрохимических характеристик.

1. Структура и деятельность ОМЦ

1) Структура КМЦ

КМЦ обычно классифицируют по различной степени замещения (Ds), причем Ds сильно влияют на морфологию и характеристики продукта. LXie и др. изучали КМЦ с Ds различных H-пар Na. Результаты анализа СЭМ показали, что CMC-Li-1 (Ds = 1,00) имеет зернистую структуру, а CMC-Li-2 (Ds = 0,62) представляет собой линейную структуру. Исследования М.Е. и др. доказали, что КМЦ. Бутадиен-стирольный каучук (SBR) может ингибировать агломерацию Li:O и стабилизировать структуру интерфейса, что благоприятно сказывается на электрохимических характеристиках.

2) Производительность КМЦ

2.1 )Термическая стабильность

Здж Хан и др. исследовали термическую стабильность различных связующих. Критическая температура пВДФ составляет около 4500°С. При достижении 500℃ происходит быстрое разложение и масса уменьшается примерно на 70%. Когда температура достигла 600 ℃, масса еще больше уменьшилась на 70%. Когда температура достигла 300°C, масса CMC-Li уменьшилась на 70%. Когда температура достигла 400 ℃, масса CMC-Li уменьшилась на 10%. CMCLi легче разлагается, чем pVDF, в конце срока службы батареи.

2.2 )Электропроводность

С. Чоу и др. Результаты испытаний показали, что удельное сопротивление CMCLI-1, CMC-Li-2 и pVDF составило 0,3154 Mn·m и 0,2634 Mn соответственно. M и 20,0365 Мн·м, что указывает на то, что удельное сопротивление pVDF выше, чем у CMCLi, проводимость CMC-LI лучше, чем у pVDF, а проводимость CMCLI.1 ниже, чем у CMCLI.2.

2.3)Электрохимические характеристики

Ф.М. Куртель и др. изучили кривые циклической вольтамперометрии электродов на основе полисульфоната (AQ) при использовании различных связующих. Различные связующие имеют разные реакции окисления и восстановления, поэтому пиковый потенциал различен. Среди них окислительный потенциал CMCLi составляет 2,15 В, а восстановительный потенциал — 2,55 В. Потенциал окисления и восстановления pVDF составлял 2,605 В и 1,950 В соответственно. По сравнению с кривыми циклической вольтамперометрии предыдущих двух раз, пиковая разность потенциалов окислительно-восстановительного пика при использовании связующего CMCLi была меньше, чем при использовании pVDF, что указывает на то, что реакция была менее затруднена, а связующее CMCLi было более благоприятным для возникновение окислительно-восстановительной реакции.

2. Эффект применения и механизм КМЦ

1) Эффект применения

Пидж Суо и др. изучили электрохимические характеристики композитных материалов Si/C, когда в качестве связующих использовались pVDF и CMC, и обнаружили, что батарея с использованием CMC впервые имела обратимую удельную емкость 700 мАч/г и все еще имела 597 мАч/г после 40 циклов, что превосходил батарею с использованием pVDF. Дж. Ли и др. исследовали влияние Ds КМЦ на стабильность графитовой суспензии и полагали, что качество жидкости суспензии определяется Ds. При низком DS КМЦ обладает сильными гидрофобными свойствами и может усиливать реакцию с поверхностью графита, когда в качестве среды используется вода. КМЦ также имеет преимущества в сохранении стабильности циклических свойств анодных материалов из сплава кремния и олова. Электроды NiO были приготовлены с использованием КМЦ различной концентрации (0,1 моль, 0,3 моль/л и 0,5 моль/л) и связующего вещества ПВДФ, а затем заряжались и разряжались при напряжении 1,5–3,5 В током 0,1 с. В течение первого цикла емкость связывающей клетки pVDF была выше, чем емкость связывающей клетки CMC. Когда число циклов достигает 10, разрядная емкость связующего ПВДФ заметно снижается. После циклов 4JD удельная разрядная емкость связующих 0,1movL, 0,3MOUL и 0,5MovLPVDF снизилась до 250мАч/г, 157мАтв 'г и 102мАч/г соответственно: Удельная разрядная емкость аккумуляторов с 0,1моль/л, 0,3моль/л и 0,5 моль/LCMC связующего вещества сохраняли при 698 мАч/г, 555 мАч/г и 550 мАч/г соответственно.

Связующее CMC используется на LiTI0. : и наночастицы SnO2 в промышленном производстве. Используя CMC в качестве связующего, LiFepO4 и Li4TI50l2 в качестве положительных и отрицательных активных материалов соответственно и используя pYR14FS1 в качестве огнестойкого электролита, аккумулятор подвергался циклическому циклированию 150 раз при токе 0,1c при напряжении 1,5 В ~ 3,5 В при температуре и положительной удельной нагрузке. емкость поддерживалась на уровне 140 мАч/г. Среди различных солей металлов в CMC CMCLi вводит ионы других металлов, которые могут ингибировать «обменную реакцию (vii)» в электролите во время циркуляции.

2) Механизм улучшения производительности

Связующее вещество CMC Li может улучшить электрохимические характеристики базового электрода AQ в литиевой батарее. М.Э. и соавт. -4 провел предварительное исследование механизма и предложил модель распределения CMC-Li в электроде AQ. Хорошие характеристики CMCLi обусловлены сильным связывающим эффектом водородных связей, создаваемых OH, что способствует эффективному образованию сетчатых структур. Гидрофильный CMC-Li не растворяется в органическом электролите, поэтому он имеет хорошую стабильность в батарее и прочную адгезию к структуре электрода, что обеспечивает хорошую стабильность батареи. Связующее Cmc-li обладает хорошей проводимостью Li, поскольку в молекулярной цепи CMC-Li имеется большое количество функциональных групп. Во время разряда имеются два источника эффективных веществ, действующих с Li: (1) Li в электролите; (2) Li на молекулярной цепи КМЦ-Li вблизи эффективного центра активного вещества.

Реакция гидроксильной группы и гидроксильной группы в связующем карбоксиметиле CMC-Li приведет к образованию ковалентной связи; Под действием силы электрического поля U может передаваться по молекулярной цепи или соседней молекулярной цепи, то есть структура молекулярной цепи не будет повреждена; В конце концов Lj свяжется с частицей AQ. Это указывает на то, что применение CMLi не только повышает эффективность передачи Li, но и повышает коэффициент использования AQ. Чем выше содержание CH:COOLi и 10Li в молекулярной цепи, тем легче перенос Li. М. Аррманд и др. считали, что органические соединения -COOH или OH могут реагировать с 1 Li соответственно и образовывать 1 C00Li или 1 0Li при низком потенциале. Для дальнейшего изучения механизма связывания CMCLi в электроде в качестве активного материала использовался CMC-Li-1, и были получены аналогичные выводы. Li реагирует с одним CH, COOH и одним 0H из CMC Li и образует CH: COOLi и один 0» соответственно, как показано в уравнениях (1) и (2).

С увеличением количества CH, COOLi и OLi DS CMC-Li увеличивается. Это показывает, что органический слой, состоящий в основном из поверхностного связующего частиц AQ, становится более стабильным и легче переносит Li. CMCLi представляет собой проводящий полимер, который обеспечивает путь транспортировки Li к поверхности частиц AQ. Связующие CMCLi обладают хорошей электронной и ионной проводимостью, что приводит к хорошим электрохимическим характеристикам и длительному сроку службы электродов CMCLi. Дж. С. Бридель и др. подготовил анод литий-ионной батареи с использованием композитных материалов кремний/углерод/полимер с различными связующими, чтобы изучить влияние взаимодействия между кремнием и полимером на общую производительность батареи, и обнаружил, что CMC имеет наилучшие характеристики при использовании в качестве связующего. Между кремнием и КМЦ существует прочная водородная связь, которая обладает способностью к самовосстановлению и может регулировать возрастающее напряжение материала во время процесса цикла, чтобы поддерживать стабильность структуры материала. При использовании КМЦ в качестве связующего емкость кремниевого анода можно поддерживать выше 1000 мАч/г, по крайней мере, за 100 циклов, а кулоновский КПД близок к 99,9%.

3, заключение

В качестве связующего материал CMC можно использовать в различных типах электродных материалов, таких как природный графит, мезофазные углеродные микросферы (MCMB), титанат лития, анодный материал на основе кремния на основе олова и анодный материал на основе литий-железо-фосфата, которые могут улучшить аккумулятор. емкость, стабильность цикла и срок службы по сравнению с pYDF. Это положительно влияет на термическую стабильность, электропроводность и электрохимические свойства материалов КМЦ. Существует два основных механизма CMC для улучшения производительности литий-ионных батарей:

(1) Стабильная производительность соединения CMC создает необходимую предпосылку для получения стабильной производительности батареи;

(2) КМЦ обладает хорошей электронной и ионной проводимостью и может способствовать переносу лития.