CMC sa používa v batériovom priemysle

Čo je sodná soľ karboxymetylcelulózy?

Sodná soľ karboxymetylcelulózy, (tiež nazývaná: sodná soľ karboxymetylcelulózy, karboxymetylcelulóza, CMC, karboxymetyl, celulózaSodium, sodná soľ karboxymetylcelulózy) je celosvetovo najpoužívanejší typ vlákniny, dávkovanie max.

Cmc-na je derivát celulózy so stupňom polymerizácie 100~2000 a molekulovou hmotnosťou 242,16. Biely vláknitý alebo zrnitý prášok. Bez zápachu, bez chuti, bez chuti, hygroskopický, nerozpustný v organických rozpúšťadlách. Tento dokument hlavne na pochopenie aplikácie sodnej soli karboxymetylcelulózy v detailoch lítium-iónových batérií.

Pokrok v aplikácii sodnej soli karboxymetylcelulózy CMCv lítium-iónových batériách

V súčasnosti je polyvinylidénfluorid [pVDF, (CH: A CF:)] široko používaný ako spojivo pri výrobe lítium-iónových batérií. . PVDF je nielen drahý, ale tiež je potrebné ho použiť v procese aplikácie výbušnín, šetrných k životnému prostrediu organických rozpúšťadiel, ako je N metyl, ktorý alkánketón (NMp) a vlhkosť vzduchu vyžadujú prísne požiadavky na výrobný proces, tiež jednoducho s vloženým kovové lítium, lítium-grafitová sekundárna reakcia, najmä v podmienkach vysokej teploty, spontánne riziko úniku tepla. Sodná soľ karboxymetylcelulózy (CMC), vo vode rozpustné spojivo, sa používa ako náhrada pVDF za elektródové materiály, čo môže zabrániť použitiu NMp, znížiť náklady a znížiť znečistenie životného prostredia. Výrobný proces zároveň nevyžaduje vlhkosť prostredia, ale môže tiež zlepšiť kapacitu batérie, predĺžiť životnosť cyklu. V tomto dokumente bola preskúmaná úloha CMC vo výkone lítium-iónovej batérie a mechanizmus zlepšenia výkonu batérie CMC bol zhrnutý z hľadiska tepelnej stability, elektrickej vodivosti a elektrochemických charakteristík.

1. Štruktúra a výkonnosť CMC

1) Štruktúra CMC

CMC sa vo všeobecnosti klasifikuje podľa rôzneho stupňa substitúcie (Ds) a morfológia a výkon produktu sú výrazne ovplyvnené Ds. LXie a kol. študovali THE CMC s Ds rôznych H párov Na. Výsledky analýzy SEM ukázali, že CMC-Li-1 (Ds = 1,00) má zrnitú štruktúru a CMC-Li-2 (Ds = 0,62) má lineárnu štruktúru. Výskum M. E et al dokázal, že CMC. Styrén butadiénový kaučuk (SBR) môže inhibovať aglomeráciu Li:O a stabilizovať štruktúru rozhrania, čo je prospešné pre elektrochemický výkon.

2) Výkon CMC

2.1)Tepelná stabilita

Zj Han a kol. študoval tepelnú stabilitu rôznych spojív. Kritická teplota pVDF je približne 4500C. Pri dosiahnutí 500 ℃ dochádza k rýchlemu rozkladu a hmotnosť sa zníži asi o 70 %. Keď teplota dosiahla 600 °C, hmotnosť sa ďalej znížila o 70 %. Keď teplota dosiahla 300 °C, hmotnosť CMC-Li sa znížila o 70 %. Keď teplota dosiahla 400 °C, hmotnosť CMC-Li sa znížila o 10 %. CMCLi sa na konci životnosti batérie ľahšie rozloží ako pVDF.

2.2)Elektrická vodivosť

S. Chou a kol. Výsledky testu ukázali, že merný odpor CMCLI-1, CMC-Li-2 a pVDF bol 0,3154 Mn·m, respektíve 0,2634 Mn. M a 20,0365 Mn·m, čo naznačuje, že odpor pVDF je vyšší ako odpor CMCLi, vodivosť CMC-LI je lepšia ako vodivosť pVDF a vodivosť CMCLI.1 je nižšia ako vodivosť CMCLI.2.

2.3)Elektrochemický výkon

FM Courtel a kol. študovali cyklické voltametrické krivky elektród na báze polysulfonátu (AQ), keď sa použili rôzne spojivá. Rôzne spojivá majú rôzne oxidačné a redukčné reakcie, takže potenciál vrcholu je odlišný. Medzi nimi je oxidačný potenciál CMCLi 2,15 V a redukčný potenciál je 2,55 V. Oxidačný potenciál pVDF bol 2,605 V a redukčný potenciál 1,950 V. V porovnaní s krivkami cyklickej voltametrie v predchádzajúcich dvoch časoch bol maximálny potenciálny rozdiel oxidačno-redukčného piku, keď sa použilo spojivo CMCLi, menší ako ten, keď sa použilo pVDF, čo naznačuje, že reakcia bola menej sťažená a spojivo CMCLi bolo priaznivejšie pre výskyt oxidačno-redukčnej reakcie.

2. Aplikačný účinok a mechanizmus CMC

1) Aplikačný efekt

Pj Suo a kol. študovali elektrochemické vlastnosti kompozitných materiálov Si/C, keď sa ako spojivá použili pVDF a CMC, a zistili, že batéria využívajúca CMC mala prvýkrát reverzibilnú špecifickú kapacitu 700 mAh/g a stále mala 597 mAh/g po 40 cykloch, čo bola lepšia ako batéria používajúca pVDF. Jh Lee a kol. študovali vplyv Ds CMC na stabilitu grafitovej suspenzie a domnievali sa, že kvalita kvapaliny suspenzie bola určená pomocou Ds. Pri nízkom DS má CMC silné hydrofóbne vlastnosti a môže zvýšiť reakciu s grafitovým povrchom, keď sa ako médium použije voda. CMC má tiež výhody v udržiavaní stability cyklických vlastností anódových materiálov zo zliatiny kremíka a cínu. NiO elektródy boli pripravené s rôznymi koncentráciami (0,1 mol/l, 0,3 mol/l a 0,5 mol/l) spojiva CMC a pVDF a nabité a vybité pri 1,5 až 3,5 V prúdom 0,1 c. Počas prvého cyklu bola kapacita väzbovej bunky pVDF vyššia ako kapacita väzbovej bunky CMC. Keď počet cyklov dosiahne 10, výbojová kapacita pVDF spojiva sa zjavne zníži. Po 4JD cykloch sa špecifické vybíjacie kapacity 0,1 movL, 0,3 MOUL a 0,5 MovLPVDF spojiva znížili na 250 mAh/g, 157 mAtv 'g a 102 mAh/g: Špecifické vybíjacie kapacity batérií s 0,1 mol/l, 0,3 mol/l a 0,5 mol/LCMC spojiva sa udržiavali na 698 mAh/g, 555 mAh/g a 550 mAh/g, v danom poradí.

Na LiTI0 sa používa spojivo CMC. : a nanočastice SnO2 v priemyselnej výrobe. Použitím CMC ako spojiva, LiFepO4 a Li4TI50l2 ako pozitívnych a negatívnych aktívnych materiálov a s použitím pYR14FS1 ako elektrolytu spomaľujúceho horenie bola batéria cyklovaná 150-krát pri prúde 0,1 c pri 1,5 V ~ 3,5 V pri teplote a pozitívnom špecifickom kapacita bola udržiavaná na 140 mAh/g. Medzi rôznymi kovovými soľami v CMC CMCLi zavádza ďalšie kovové ióny, ktoré môžu inhibovať „výmennú reakciu (vii)“ v elektrolyte počas cirkulácie.

2) Mechanizmus zlepšovania výkonnosti

CMC Li spojivo môže zlepšiť elektrochemický výkon základnej elektródy AQ v lítiovej batérii. M. E a kol. -4 vykonal predbežnú štúdiu mechanizmu a navrhol model distribúcie CMC-Li v elektróde AQ. Dobrý výkon CMCLi pochádza zo silného väzbového efektu vodíkových väzieb produkovaných OH, čo prispieva k efektívnej tvorbe sieťových štruktúr. Hydrofilný CMC-Li sa nerozpustí v organickom elektrolyte, takže má dobrú stabilitu v batérii a má silnú priľnavosť k štruktúre elektródy, vďaka čomu má batéria dobrú stabilitu. Cmc-li spojivo má dobrú vodivosť Li, pretože na molekulovom reťazci CMC-Li je veľký počet funkčných skupín. Pri vybíjaní existujú dva zdroje účinných látok pôsobiacich s Li: (1) Li v elektrolyte; (2) Li na molekulovom reťazci CMC-Li blízko účinného centra účinnej látky.

Reakcia hydroxylovej skupiny a hydroxylovej skupiny v karboxymetylovom CMC-Li spojive vytvorí kovalentnú väzbu; Pri pôsobení sily elektrického poľa sa U môže prenášať na molekulárny reťazec alebo susedný molekulárny reťazec, to znamená, že štruktúra molekulárneho reťazca nebude poškodená; Nakoniec sa Lj naviaže na časticu AQ. To naznačuje, že aplikácia CMCLi nielen zlepšuje účinnosť prenosu Li, ale tiež zlepšuje mieru využitia AQ. Čím vyšší je obsah cH: COOLi a 10Li v molekulovom reťazci, tým ľahší je prenos Li. M. Arrmand a kol. veril, že organické zlúčeniny -COOH alebo OH môžu reagovať s 1 Li a produkovať 1 CO0Li alebo 10Li pri nízkom potenciáli. Aby sa ďalej preskúmal mechanizmus spojiva CMCLi v elektróde, ako aktívny materiál sa použil CMC-Li-1 a získali sa podobné závery. Li reaguje s jedným cH, COOH a jedným 0H z CMC Li a generuje cH: COOLi a jeden 0 “, ako je znázornené v rovniciach (1) a (2)

So zvyšujúcim sa počtom cH, COOLi a OLi sa zvyšuje THE DS CMC-Li. To ukazuje, že organická vrstva zložená hlavne z povrchového spojiva častíc AQ sa stáva stabilnejšou a ľahšie sa prenáša Li. CMCLi je vodivý polymér, ktorý poskytuje transportnú cestu pre Li na dosiahnutie povrchu častíc AQ. Spojivá CMCLi majú dobrú elektronickú a iónovú vodivosť, čo má za následok dobrý elektrochemický výkon a dlhú životnosť elektród CMCLi. JS Bridel a kol. pripravili anódu lítium-iónovej batérie pomocou kompozitných materiálov kremík/uhlík/polymér s rôznymi spojivami na štúdium vplyvu interakcie medzi kremíkom a polymérom na celkový výkon batérie a zistili, že CMC mal najlepší výkon, keď sa použil ako spojivo. Medzi kremíkom a CMC je silná vodíková väzba, ktorá má samoliečiacu schopnosť a dokáže upraviť zvyšujúce sa namáhanie materiálu počas procesu cyklovania tak, aby bola zachovaná stabilita štruktúry materiálu. S CMC ako spojivom môže byť kapacita kremíkovej anódy udržiavaná nad 1000 mAh/g v najmenej 100 cykloch a coulombovská účinnosť je blízka 99,9 %.

3, záver

Ako spojivo môže byť materiál CMC použitý v rôznych typoch elektródových materiálov, ako je prírodný grafit, mezofázové uhlíkové mikroguľôčky (MCMB), titaničitan lítny, anódový materiál na báze cínu na báze kremíka a anódový materiál na báze fosforečnanu lítneho, čo môže zlepšiť batériu. kapacita, stabilita cyklu a životnosť cyklu v porovnaní s pYDF. Je prospešný pre tepelnú stabilitu, elektrickú vodivosť a elektrochemické vlastnosti CMC materiálov. Existujú dva hlavné mechanizmy pre CMC na zlepšenie výkonu lítium-iónových batérií:

(1) Stabilný lepiaci výkon CMC vytvára nevyhnutný predpoklad pre získanie stabilného výkonu batérie;

(2) CMC má dobrú elektrónovú a iónovú vodivosť a môže podporovať prenos Li