CMC använder inom batteriindustrin

Vad är natriumkarboximetylcellulosa?

Natriumkarboximetylcellulosa, (även kallad: karboximetylcellulosa natriumsalt, karboximetylcellulosa, CMC, karboximetyl, cellulosesodium, natriumsaltofcaboximetylcellulosa) är världens mest använda typer av fiber, dosering av maximalt.

CMC-NA är ett cellulosaderivat med en polymerisationsgrad på 100 ~ 2000 och en molekylvikt på 242,16. Vitt fibröst eller granulärt pulver. Luktlös, smaklös, smaklös, hygroskopisk, olöslig i organiska lösningsmedel. Detta dokument för att förstå appliceringen av natriumkarboximetylcellulosa i litiumjonbatteridetaljer.

Framsteg vid applicering av natriumkarboximetylcellulosa Cmci litiumjonbatterier

För närvarande används polyvinylidenfluorid [PVDF, (CH: A CF :)] allmänt som bindemedel vid produktion av litiumjonbatterier. . PVDF är inte bara dyrt, måste också använda i processen för tillämpning av explosiva, vänliga mot miljön med organiska lösningsmedel, såsom N -metyl som alkaneton (NMP) och luftfuktighetskrav för produktionsprocess strikt, också lätt med inbäddad Metall litium, litiumgrafitig sekundär reaktion, särskilt i tillståndet för hög temperatur, en spontan risk för termisk språng. Natriumkarboximetylcellulosa (CMC), ett vattenlösligt bindemedel, används som en ersättning för PVDF för elektrodmaterial, vilket kan undvika användning av NMP, minska kostnaderna och minska miljöföroreningar. Samtidigt kräver inte produktionsprocessen miljöfuktighet, utan kan också förbättra batteriets kapacitet, förlänga cykellivslängden. I detta dokument granskades CMC: s roll i prestandan av litiumjonbatteri, och mekanismen för CMC förbättrade batteriets prestanda sammanfattades från aspekterna av termisk stabilitet, elektrisk konduktivitet och elektrokemiska egenskaper.

1. Struktur och prestanda för CMC

1) CMC -struktur

CMC klassificeras generellt efter olika grad av substitution (DS), och produktmorfologi och prestanda påverkas starkt av DS. Lxie et al. studerade CMC med DS av olika H -par Na. SEM-analysresultat visade att CMC-LI-1 (DS = 1,00) presenterade en granulär struktur och CMC-LI-2 (DS = 0,62) presenterade linjär struktur. Forskningen från M. E et al bevisade att CMC. Styren butadiengummi (SBR) kan hämma agglomerationen av LI: O och stabilisera gränssnittsstrukturen, vilket är fördelaktigt för den elektrokemiska prestanda.

2) CMC -prestanda

2.1)Termisk stabilitet

ZJ Han et al. studerade den termiska stabiliteten hos olika bindemedel. Den kritiska temperaturen för PVDF är cirka 4500C. När du når 500 ℃ inträffar snabb nedbrytning och massan reduceras med cirka 70%. När temperaturen nådde 600 ℃ reducerades massan ytterligare med 70%. När temperaturen nådde 300oC minskades massan av CMC-LI med 70%. När temperaturen nådde 400 ℃ reducerades massan av CMC-LI med 10%. CMCLI sönderdelas lättare än PVDF i slutet av batteritiden.

2.2)Den elektriska konduktiviteten

S. Chou et al. Testresultaten visade att resistiviteten för CMCLI-1, CMC-LI-2 och PVDF var 0,3154 Mn · M respektive 0,2634 MN. M och 20.0365 Mn · M, vilket indikerar att resistiviteten för PVDF är högre än CMCLI, konduktiviteten för CMC-LI är bättre än för PVDF, och konduktiviteten för CMCLI.1 är lägre än för CMCLI.2.

2.3)Elektrokemisk prestanda

FM Courtel et al. studerade de cykliska voltammetri-kurvorna för poly-sulfonat (AQ) -baserade elektroder när olika bindemän användes. Olika bindemedel har olika oxidations- och reduktionsreaktioner, så topppotentialen är annorlunda. Bland dem är oxidationspotentialen för CMCLI 2,15V och reduktionspotentialen är 2,55V. Oxidationspotentialen och reduktionspotentialen för PVDF var 2,605 V respektive 1,950 V. Jämfört med de cykliska voltammetri-kurvorna från de två föregående gånger var topppotentialskillnaden för oxidationsminskningsoppen när CMCLI-bindemedel användes mindre än när PVDF användes, vilket indikerar att reaktionen var mindre hindrad och CMCLI-bindemedel var mer gynnsam för förekomsten av oxidationsreduktionsreaktionen.

2. Tillämpningseffekt och mekanism för CMC

1) applikationseffekt

PJ Suo et al. studerade den elektrokemiska prestanda för Si/C -kompositmaterial när PVDF och CMC användes som bindemedel och fann att batteriet med CMC hade en reversibel specifik kapacitet på 700mAh/g för första gången och fortfarande hade 597 mAh/g efter 4O -cykler, vilket var överlägsen batteriet med PVDF. JH Lee et al. studerade påverkan av DS av CMC på stabiliteten i grafitupphängning och trodde att vätskekvaliteten på suspension bestämdes av DS. Vid låg DS har CMC starka hydrofoba egenskaper och kan öka reaktionen med grafitytan när vatten används som media. CMC har också fördelar med att bibehålla stabiliteten i de cykliska egenskaperna hos kisel -tennlegeringsanodmaterial. NIO-elektroderna framställdes med olika koncentrationer (0,1Moul, 0,3 mol/L och 0,5 mol/L) CMC och PVDF-bindemedel och laddades och släpptes vid 1,5-3,5V med en ström på 0,1C. Under den första cykeln var kapaciteten för PVDF -bindemedelscellen högre än för CMC -bindemedelscellen. När antalet cykler når LO minskar urladdningskapaciteten för PVDF -bindemedlet uppenbarligen. Efter 4JD -cykler minskade den specifika urladdningskapaciteten på 0,1MOVL, 0,3Moul respektive 0,5MOVLPVDF -bindemedel till 250 mAh/g, 157MATV 'g respektive 102 mAh/g: utloppsspecifika kapaciteter för batterier med 0,1 mol/l, 0,3 mol/l och 0,5 mol/lcmc -bindemedel hölls vid 698 mAh/g, 555 mAh/g respektive 550 mAh/g.

CMC -bindemedel används på liti0. : och SNO2 -nanopartiklar i industriell produktion. Med användning av CMC som bindemedel, LifePO4 och Li4Ti50L2 som positiva respektive negativa aktiva material, och med användning av Pyr14FS1 som flamskyddsmedel elektrolyt, cyklades batteriet 150 gånger vid en ström av 0,1C vid 1,5V ~ 3,5V vid temperatur och den positiva specifika specifika Kapacitans bibehölls vid 140 mAh/g. Bland olika metallsalter i CMC introducerar CMCLI andra metalljoner, som kan hämma "utbytesreaktion (VII)" i elektrolyt under cirkulation.

2) Mekanism för prestationsförbättring

CMC Li -bindemedel kan förbättra den elektrokemiska prestanda för AQ -baselektrod i litiumbatteri. M. E et al. -4 genomförde en preliminär studie på mekanismen och föreslog en modell för distributionen av CMC-LI i AQ-elektroden. CMCLI: s goda prestanda kommer från den starka bindningseffekten av vätebindningar som produceras av en OH, som bidrar till effektiv bildning av nätstrukturer. Den hydrofila CMC-LI kommer inte att lösas upp i den organiska elektrolyten, så den har en god stabilitet i batteriet och har en stark vidhäftning till elektrodstrukturen, vilket gör att batteriet har en god stabilitet. CMC-LI-bindemedel har god Li-konduktivitet eftersom det finns ett stort antal funktionella grupper på molekylkedjan av CMC-LI. Under urladdning finns det två källor till effektiva ämnen som verkar med Li: (1) Li i elektrolyten; (2) LI på den molekylära kedjan av CMC-LI nära det effektiva mitten av det aktiva ämnet.

Reaktionen av hydroxylgrupp och hydroxylgrupp i karboximetyl CMC-Li-bindemedel kommer att bilda kovalent bindning; Under verkan av elektrisk fältkraft kan du överföra på molekylkedjan eller angränsande molekylkedja, det vill säga att molekylkedjestrukturen inte skadas; Så småningom kommer LJ att binda till AQ -partikeln. Detta indikerar att tillämpningen av CMCLI inte bara förbättrar överföringseffektiviteten för LI, utan också förbättrar användningshastigheten för AQ. Ju högre innehållet i CH: Cooli och 10Li i molekylkedjan, desto enklare LI -överföring. M. Arrmand et al. trodde att organiska föreningar av -COOH eller OH kunde reagera med 1 Li respektive och producera 1 C00LI eller 1 0LI vid låg potential. För att ytterligare undersöka mekanismen för CMCLI-bindemedel i elektrod användes CMC-Li-1 som aktivt material och liknande slutsatser erhölls. Li reagerar med en CH, COOH och en 0H från CMC Li och genererar CH: Cooli respektive en 0 “respektive, som visas i ekvationerna (1) och (2)

När antalet CH, Cooli och Oli ökar ökar DS för CMC-LI. Detta visar att det organiska skiktet som huvudsakligen består av AQ -partikelytbindemedlet blir mer stabilt och lättare att överföra LI. CMCLI är en ledande polymer som ger en transportväg för LI för att nå ytan på AQ -partiklar. CMCLI -bindemedel har god elektronisk och jonisk konduktivitet, vilket resulterar i god elektrokemisk prestanda och lång cykellivslängd för CMCLI -elektroder. JS Bridel et al. framställde anoden för litiumjonbatteri med användning av kisel/kol/polymerkompositmaterial med olika bindemedel för att studera påverkan av interaktionen mellan kisel och polymer på batteriets totala prestanda och fann att CMC hade den bästa prestanda när de användes som bindemedel. Det finns en stark vätebindning mellan kisel och CMC, som har självhelande förmåga och kan justera den ökande spänningen av materialet under cykelprocessen för att bibehålla stabiliteten i materialstrukturen. Med CMC som bindemedel kan kapaciteten för kiselanod hållas över 1000 mAh/g i minst 100 cykler, och Coulomb -effektiviteten är nära 99,9%.

3, slutsats

Som ett bindemedel kan CMC-material användas i olika typer av elektrodmaterial såsom naturlig grafit, meso-fas kolmikrosfärer (MCMB), litiumtitanat, tennbaserat kiselbaserat anodmaterial och litiumjärnfosfatanodmaterial, som kan förbättra batteriet Kapacitet, cykelstabilitet och cykelliv jämfört med PYDF. Det är fördelaktigt för den termiska stabiliteten, elektrisk konduktivitet och elektrokemiska egenskaper hos CMC -material. Det finns två huvudmekanismer för CMC för att förbättra prestandan för litiumjonbatterier:

(1) CMC: s stabila bindning skapar en nödvändig förutsättning för att erhålla stabil batteriprestanda;

(2) CMC har god elektron- och jonkonduktivitet och kan främja LI -överföring