CMC används inom batteriindustrin

Vad är natriumkarboximetylcellulosa?

Natriumkarboximetylcellulosa, (även kallad: Carboxymethylcellulosa natriumsalt, Carboxymethylcellulosa, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) är världens mest använda fibertyper, dos av max.

Cmc-na är ett cellulosaderivat med en polymerisationsgrad på 100~2000 och en molekylvikt på 242,16. Vitt fibröst eller granulärt pulver. Luktfri, smaklös, smaklös, hygroskopisk, olöslig i organiska lösningsmedel. Detta papper främst för att förstå tillämpningen av natriumkarboximetylcellulosa i litiumjonbatteridetaljer.

Framsteg i tillämpningen av natriumkarboximetylcellulosa CMCi litiumjonbatterier

För närvarande används polyvinylidenfluorid [pVDF, (CH: A CF:)] i stor utsträckning som bindemedel vid tillverkning av litiumjonbatterier. . PVDF är inte bara dyrt, måste också användas i processen för applicering av explosiva, miljövänliga organiska lösningsmedel, såsom N-metyl som alkanketonen (NMp) och luftfuktighetskraven för produktionsprocessen strikt, också lätt med inbäddade metall litium, litium grafit sekundär reaktion, särskilt i tillstånd av hög temperatur, en spontan risk för termisk flykt. Natriumkarboximetylcellulosa (CMC), ett vattenlösligt bindemedel, används som ersättning för pVDF för elektrodmaterial, vilket kan undvika användningen av NMp, minska kostnaderna och minska miljöföroreningarna. Samtidigt kräver produktionsprocessen inte miljöfuktighet, men kan också förbättra batteriets kapacitet, förlänga cykelns livslängd. I det här dokumentet granskades CMC:s roll i prestanda för litiumjonbatterier, och mekanismen för att CMC förbättrar batteriets prestanda sammanfattades utifrån aspekterna termisk stabilitet, elektrisk ledningsförmåga och elektrokemiska egenskaper.

1. Struktur och prestanda för CMC

1) CMC-struktur

CMC klassificeras i allmänhet efter olika grad av substitution (Ds), och produktens morfologi och prestanda påverkas kraftigt av Ds. LXie et al. studerade CMC med Ds av olika H-par av Na. SEM-analysresultat visade att CMC-Li-1 (Ds = 1,00) uppvisade granulär struktur och CMC-Li-2 (Ds = 0,62) uppvisade linjär struktur. Forskningen av M. E et al. visade att CMC. Styrenbutadiengummi (SBR) kan hämma agglomerationen av Li:O och stabilisera gränssnittsstrukturen, vilket är fördelaktigt för den elektrokemiska prestandan.

2) CMC-prestanda

2.1)Termisk stabilitet

Zj Han et al. studerade olika bindemedels termiska stabilitet. Den kritiska temperaturen för pVDF är ca 4500C. När man når 500 ℃ sker snabb nedbrytning och massan reduceras med cirka 70 %. När temperaturen nådde 600 ℃ reducerades massan ytterligare med 70 %. När temperaturen nådde 300oC reducerades massan av CMC-Li med 70 %. När temperaturen nådde 400 ℃ reducerades massan av CMC-Li med 10 %. CMCLi sönderdelas lättare än pVDF vid slutet av batteritiden.

2.2)Den elektriska ledningsförmågan

S. Chou et al. s testresultat 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 den för CMCLi, konduktiviteten för CMC-LI är bättre än den för pVDF, och konduktiviteten för CMCLI.1 är lägre än den för CMCLI.2.

2.3)Elektrokemisk prestanda

FM Courtel et al. studerade de cykliska voltammetrikurvorna för polysulfonat (AQ) baserade elektroder när olika bindemedel användes. Olika bindemedel har olika oxidations- och reduktionsreaktioner, så topppotentialen är olika. 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 voltammetrikurvorna från de två föregående gångerna, var topppotentialskillnaden för oxidations-reduktionstoppen 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 oxidations-reduktionsreaktionen.

2. Applikationseffekt och mekanism för CMC

1) Applikationseffekt

Pj Suo et al. studerade den elektrokemiska prestandan hos Si/C-kompositmaterial när pVDF och CMC användes som bindemedel, och fann att batteriet som använde CMC hade en reversibel specifik kapacitet på 700mAh/g för första gången och fortfarande hade 597mAh/g efter 4O-cykler, vilket var överlägsen batteriet med pVDF. Jh Lee et al. studerade inverkan av Ds av CMC på stabiliteten av grafitsuspension och trodde att suspensionens vätskekvalitet 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 när det gäller att upprätthålla stabiliteten hos de cykliska egenskaperna hos anodmaterial av kisel - tennlegering. NiO-elektroderna preparerades med olika koncentrationer (0,1 mouL, 0,3 mol/L och 0,5 mol/L) CMC och pVDF-bindemedel, och laddades och urladdades vid 1,5-3,5V med en ström på 0,1c. Under den första cykeln var kapaciteten hos pVDF-bindarcellen högre än den hos CMC-bindarcellen. När antalet cykler når lO, minskar urladdningskapaciteten för pVDF-bindemedel uppenbarligen. Efter 4JD-cykler minskade den specifika urladdningskapaciteten för 0,1movL, 0,3MOUL och 0,5MovLPVDF bindemedel till 250mAh/g, 157mAtv 'g respektive 102mAh/g: Urladdningsspecifika kapaciteter för batterier med 0,1 moL/03 moL. och 0,5 mol/LCMC bindemedlet hölls vid 698 mAh/g, 555 mAh/g respektive 550 mAh/g.

CMC-bindemedel används på LiTI0. : och SnO2 nanopartiklar i industriell produktion. Genom att använda CMC som bindemedel, LiFepO4 och Li4TI50l2 som positiva respektive negativa aktiva material, och med användning av pYR14FS1 som flamskyddselektrolyt, cyklades batteriet 150 gånger med en ström på 0,1c vid 1,5v ~ 3,5V vid temperatur, och den positiva specifikationen kapacitansen hölls vid 140 mAh/g. Bland olika metallsalter i CMC introducerar CMCLi andra metalljoner, som kan hämma "utbytesreaktion (vii)" i elektrolyten under cirkulationen.

2) Mekanism för prestandaförbättring

CMC Li-bindemedel kan förbättra den elektrokemiska prestandan hos AQ-baselektrod i litiumbatteri. M.E et al. -4 genomförde en preliminär studie av mekanismen och föreslog en modell av fördelningen av CMC-Li i AQ-elektroden. CMCLis goda prestanda kommer från den starka bindningseffekten av vätebindningar som produceras av en OH, vilket bidrar till den effektiva bildningen av nätstrukturer. Den hydrofila CMC-Li kommer inte att lösas upp i den organiska elektrolyten, så den har en bra stabilitet i batteriet, och har stark vidhäftning till elektrodstrukturen, vilket gör att batteriet har en bra stabilitet. Cmc-li bindemedel har god Li-ledningsförmåga 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 molekylkedjan av CMC-Li nära den aktiva substansens effektiva centrum.

Reaktionen av hydroxylgrupp och hydroxylgrupp i karboximetyl CMC-Li bindemedel kommer att bilda kovalent bindning; Under inverkan av elektrisk fältkraft kan U överföra på molekylkedjan eller intilliggande molekylkedja, det vill säga att molekylkedjestrukturen inte kommer att 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 utnyttjandegraden av AQ. Ju högre halt av cH: COOLi och 10Li i molekylkedjan, desto lättare 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 utforska 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 ", som visas i ekvationerna (1) och (2)

När antalet cH, COOLi och OLi ökar, ökar THE DS för CMC-Li. Detta visar att det organiska skiktet som huvudsakligen består av AQ-partikelytbindemedel blir mer stabilt och lättare att överföra Li. CMCLi är en ledande polymer som tillhandahåller en transportväg för Li att nå ytan av AQ-partiklar. CMCLi-bindemedel har god elektronisk och jonisk ledningsförmåga, vilket resulterar i god elektrokemisk prestanda och lång livslängd för CMCLi-elektroder. JS Bridel et al. förberedde anoden av litiumjonbatterier med användning av kisel/kol/polymer kompositmaterial med olika bindemedel för att studera inverkan av interaktionen mellan kisel och polymer på batteriets totala prestanda, och fann att CMC hade den bästa prestandan när den användes som bindemedel. Det finns en stark vätebindning mellan kisel och CMC, som har självläkande förmåga och kan justera materialets ökande stress under cyklingsprocessen för att bibehålla stabiliteten i materialstrukturen. Med CMC som bindemedel kan kiselanodens kapacitet hållas över 1000mAh/g i minst 100 cykler, och coulomb-effektiviteten är nära 99,9%.

3, slutsats

Som bindemedel kan CMC-material användas i olika typer av elektrodmaterial som naturlig grafit, mesofas kolmikrosfärer (MCMB), litiumtitanat, tennbaserat kiselbaserat anodmaterial och litiumjärnfosfatanodmaterial, vilket kan förbättra batteriet kapacitet, cykelstabilitet och cykellivslängd jämfört med pYDF. Det är fördelaktigt för den termiska stabiliteten, den elektriska ledningsförmågan och de elektrokemiska egenskaperna hos CMC-material. Det finns två huvudmekanismer för CMC för att förbättra prestanda hos litiumjonbatterier:

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

(2) CMC har god elektron- och jonledningsförmåga och kan främja Li-överföring