CMC përdor në industrinë e baterive

Çfarë është karboksimetil celuloza natriumi?

Natriumi karboksimetil celuloza, (e quajtur edhe: kripë natriumi karboksimetil celulozë, karboksimetil celulozë, CMC, karboksimetil, celulozë natriumi, kripë natriumi, kaboksimetilcelulozë) është llojet më të përdorura në botë të fibrave, doza maksimale.

Cmc-na është një derivat celuloze me një shkallë polimerizimi prej 100~2000 dhe një peshë molekulare prej 242,16. Pluhur i bardhë fijor ose grimcuar. Pa erë, pa shije, pa shije, higroskopik, i patretshëm në tretës organikë. Ky punim kryesisht për të kuptuar aplikimin e celulozës karboksimetil natriumi në detajet e baterive të litiumit.

Progresi në aplikimin e karboksimetil celulozës natriumi CMCnë bateritë me jon litium

Aktualisht, fluoridi poliviniliden [pVDF, (CH: A CF:)] përdoret gjerësisht si lidhës në prodhimin e baterive me jon litium. . PVDF jo vetëm që është i shtrenjtë, por gjithashtu duhet të përdoret në procesin e aplikimit të eksplozivit, miqësor me mjedisin e tretësve organikë, të tillë si N metil, i cili keton alkane (NMp) dhe lagështia e ajrit kërkesat për procesin e prodhimit në mënyrë rigoroze, gjithashtu lehtësisht me ngulitje. Litium metalik, litium grafit reaksion sekondar, veçanërisht në kushtet e temperaturës së lartë, një rrezik spontan i arratisjes termike. Natriumi karboksimetil celuloza (CMC), një lidhës i tretshëm në ujë, përdoret si zëvendësues i pVDF për materialet e elektrodës, i cili mund të shmangë përdorimin e NMp, të zvogëlojë kostot dhe të zvogëlojë ndotjen e mjedisit. Në të njëjtën kohë, procesi i prodhimit nuk kërkon lagështi mjedisore, por gjithashtu mund të përmirësojë kapacitetin e baterisë, të zgjasë jetën e ciklit. Në këtë punim, u rishikua roli i CMC në performancën e baterisë së joneve litium dhe mekanizmi i përmirësimit të performancës së baterisë CMC u përmbledh nga aspektet e stabilitetit termik, përçueshmërisë elektrike dhe karakteristikave elektrokimike.

1. Struktura dhe performanca e CMC

1) Struktura CMC

CMC në përgjithësi klasifikohet sipas shkallëve të ndryshme të zëvendësimit (Ds), dhe morfologjia dhe performanca e produktit ndikohen shumë nga Ds. LXie et al. studioi CMC-në me D të çifteve të ndryshme H të Na. Rezultatet e analizës SEM treguan se CMC-Li-1 (Ds = 1.00) prezantoi strukturë kokrrizore, dhe CMC-Li-2 (Ds = 0.62) paraqiti strukturë lineare. Hulumtimi i M. E et al vërtetoi se CMC. Goma stiren butadiene (SBR) mund të pengojë grumbullimin e Li: O dhe të stabilizojë strukturën e ndërfaqes, e cila është e dobishme për performancën elektrokimike.

2) Performanca e CMC

2.1)Stabiliteti termik

Zj Han etj. studioi qëndrueshmërinë termike të lidhësve të ndryshëm. Temperatura kritike e pVDF është rreth 4500C. Kur arrin 500℃, ndodh dekompozimi i shpejtë dhe masa zvogëlohet me rreth 70%. Kur temperatura arriti në 600 ℃, masa u zvogëlua më tej me 70%. Kur temperatura arriti në 300oC, masa e CMC-Li u reduktua me 70%. Kur temperatura arriti në 400 ℃, masa e CMC-Li u reduktua me 10%. CMCLi dekompozohet më lehtë se pVDF në fund të jetëgjatësisë së baterisë.

2.2)Përçueshmëria elektrike

S. Chou et al. Rezultatet e testit treguan se rezistenca e CMCLI-1, CMC-Li-2 dhe pVDF ishte përkatësisht 0.3154 Mn·m dhe 0.2634 Mn. M dhe 20,0365 Mn·m, që tregon se rezistenca e pVDF është më e lartë se ajo e CMCLi, përçueshmëria e CMC-LI është më e mirë se ajo e pVDF dhe përçueshmëria e CMCLI.1 është më e ulët se ajo e CMCLI.2.

2.3)Performanca elektrokimike

FM Courtel et al. studiuan kurbat e voltammetrisë ciklike të elektrodave me bazë polisulfonate (AQ) kur përdoreshin lidhës të ndryshëm. Lidhës të ndryshëm kanë reaksione të ndryshme oksidimi dhe reduktimi, kështu që potenciali maksimal është i ndryshëm. Midis tyre, potenciali i oksidimit të CMCLi është 2.15 V, dhe potenciali i reduktimit është 2.55 V. Potenciali i oksidimit dhe potenciali i reduktimit të pVDF ishin përkatësisht 2.605 V dhe 1.950 V. Krahasuar me kurbat e voltammetrisë ciklike të dy herëve të mëparshme, diferenca e pikut të potencialit të pikut të oksidimit-reduktimit kur u përdor lidhësi CMCLi ishte më i vogël se ai kur u përdor pVDF, duke treguar se reaksioni ishte më pak i penguar dhe lidhësi CMCLi ishte më i favorshëm për shfaqja e reaksionit oksido-reduktues.

2. Efekti i aplikimit dhe mekanizmi i CMC

1) Efekti i aplikimit

Pj Suo etj. studioi performancën elektrokimike të materialeve të përbëra Si/C kur pVDF dhe CMC përdoreshin si lidhës, dhe zbuloi se bateria që përdorte CMC kishte një kapacitet specifik të kthyeshëm prej 700 mAh/g për herë të parë dhe kishte ende 597 mAh/g pas cikleve 4O. ishte superiore ndaj baterisë duke përdorur pVDF. Jh Lee et al. studioi ndikimin e Ds të CMC në qëndrueshmërinë e pezullimit të grafit dhe besoi se cilësia e lëngshme e pezullimit përcaktohej nga Ds. Në DS të ulët, CMC ka veti të forta hidrofobike dhe mund të rrisë reagimin me sipërfaqen e grafit kur uji përdoret si media. CMC gjithashtu ka avantazhe në ruajtjen e qëndrueshmërisë së vetive ciklike të materialeve anode silikon-kallaj. Elektrodat NiO u përgatitën me përqendrime të ndryshme (0.1 mouL, 0.3mol/L dhe 0.5mol/L) lidhës CMC dhe pVDF, dhe u ngarkuan dhe u shkarkuan në 1.5-3.5V me një rrymë prej 0.1c. Gjatë ciklit të parë, kapaciteti i qelizës lidhëse pVDF ishte më i lartë se ai i qelizës lidhëse CMC. Kur numri i cikleve arrin lO, kapaciteti i shkarkimit të lidhësit pVDF zvogëlohet dukshëm. Pas cikleve 4JD, kapacitetet specifike të shkarkimit të lidhësve 0.1movL, 0.3MOUL dhe 0.5MovLPVDF u ulën në 250mAh/g, 157mAtv'g dhe 102mAh/g, respektivisht: Kapacitetet specifike të shkarkimit të baterive .110L3/0L/0L. dhe 0.5 Lidhësi moL/LCMC u mbajt përkatësisht në 698mAh/g, 555mAh/g dhe 550mAh/g.

LiTI0 përdoret lidhësi CMC. : dhe nanogrimcat SnO2 në prodhimin industrial. Duke përdorur CMC si lidhës, LiFepO4 dhe Li4TI50l2 si materiale aktive pozitive dhe negative, respektivisht, dhe duke përdorur pYR14FS1 si elektrolit rezistent ndaj flakës, bateria u ciklua 150 herë me një rrymë prej 0.1c në 1.5v ~ 3.5V në temperaturë dhe specifike pozitive. kapaciteti u mbajt në 140 mAh / g. Ndër kripërat e ndryshme të metaleve në CMC, CMCLi prezanton jone të tjerë metalikë, të cilët mund të pengojnë "reaksionin e shkëmbimit (vii)" në elektrolit gjatë qarkullimit.

2) Mekanizmi i përmirësimit të performancës

Lidhësi CMC Li mund të përmirësojë performancën elektrokimike të elektrodës bazë AQ në baterinë e litiumit. M. E et al. -4 kreu një studim paraprak mbi mekanizmin dhe propozoi një model të shpërndarjes së CMC-Li në elektrodën AQ. Performanca e mirë e CMCLi vjen nga efekti i fortë lidhës i lidhjeve hidrogjenore të prodhuara nga një OH, i cili kontribuon në formimin efikas të strukturave rrjetë. CMC-Li hidrofil nuk do të shpërndahet në elektrolitin organik, kështu që ka një stabilitet të mirë në bateri dhe ka ngjitje të fortë në strukturën e elektrodës, gjë që e bën baterinë të ketë një stabilitet të mirë. Lidhësi Cmc-li ka përçueshmëri të mirë Li sepse ka një numër të madh grupesh funksionale në zinxhirin molekular të CMC-Li. Gjatë shkarkimit, ekzistojnë dy burime të substancave efektive që veprojnë me Li: (1) Li në elektrolit; (2) Li në zinxhirin molekular të CMC-Li pranë qendrës efektive të substancës aktive.

Reagimi i grupit hidroksil dhe grupit hidroksil në lidhësin karboksimetil CMC-Li do të formojë lidhje kovalente; Nën veprimin e forcës së fushës elektrike, U mund të transferohet në zinxhirin molekular ose zinxhirin molekular ngjitur, domethënë, struktura e zinxhirit molekular nuk do të dëmtohet; Përfundimisht, Lj do të lidhet me grimcën AQ. Kjo tregon se aplikimi i CMCLi jo vetëm që përmirëson efikasitetin e transferimit të Li, por gjithashtu përmirëson shkallën e përdorimit të AQ. Sa më e lartë të jetë përmbajtja e cH: COOLi dhe 10Li në zinxhirin molekular, aq më i lehtë është transferimi i Li. M. Arrmand et al. besonte se komponimet organike të -COOH ose OH mund të reagojnë me 1 Li përkatësisht dhe të prodhojnë 1 C00Li ose 1 0Li me potencial të ulët. Për të eksploruar më tej mekanizmin e lidhësit CMCLi në elektrodë, CMC-Li-1 u përdor si material aktiv dhe u morën përfundime të ngjashme. Li reagon me një cH, COOH dhe një 0H nga CMC Li dhe gjeneron përkatësisht cH: COOLi dhe një 0 ", siç tregohet në ekuacionet (1) dhe (2)

Ndërsa numri i cH, COOLi dhe OLi rritet, DS e CMC-Li rritet. Kjo tregon se shtresa organike e përbërë kryesisht nga lidhësi i sipërfaqes së grimcave AQ bëhet më e qëndrueshme dhe më e lehtë për të transferuar Li. CMCLi është një polimer përçues që siguron një rrugë transporti për Li për të arritur në sipërfaqen e grimcave AQ. Lidhësit CMCLi kanë përçueshmëri të mirë elektronike dhe jonike, gjë që rezulton në performancë të mirë elektrokimike dhe jetëgjatësi të gjatë të ciklit të elektrodave CMCLi. JS Bridel et al. përgatiti anodën e baterisë jonike të litiumit duke përdorur materiale të përbërë silikoni/karbon/polimer me lidhës të ndryshëm për të studiuar ndikimin e ndërveprimit midis silikonit dhe polimerit në performancën e përgjithshme të baterisë dhe zbuloi se CMC kishte performancën më të mirë kur përdorej si lidhës. Ekziston një lidhje e fortë hidrogjeni midis silikonit dhe CMC, e cila ka aftësi vetë-shëruese dhe mund të rregullojë stresin në rritje të materialit gjatë procesit të çiklizmit për të ruajtur qëndrueshmërinë e strukturës së materialit. Me CMC si lidhës, kapaciteti i anodës së silikonit mund të mbahet mbi 1000 mAh/g në të paktën 100 cikle, dhe efikasiteti i kulonit është afër 99.9%.

3, përfundimi

Si lidhës, materiali CMC mund të përdoret në lloje të ndryshme të materialeve të elektrodës si grafiti natyror, mikrosferat e karbonit mesofazë (MCMB), titanat litium, material anodë me bazë kallaji dhe material anode me fosfat hekuri litium, i cili mund të përmirësojë baterinë kapaciteti, stabiliteti i ciklit dhe jeta e ciklit krahasuar me pYDF. Është e dobishme për stabilitetin termik, përçueshmërinë elektrike dhe vetitë elektrokimike të materialeve CMC. Ekzistojnë dy mekanizma kryesorë për CMC për të përmirësuar performancën e baterive me jon litium:

(1) Performanca e qëndrueshme e lidhjes së CMC krijon një parakusht të nevojshëm për marrjen e performancës së qëndrueshme të baterisë;

(2) CMC ka përçueshmëri të mirë të elektroneve dhe joneve dhe mund të nxisë transferimin e Li