Ginagamit ng CMC sa Industriya ng Baterya

Ano ang sodium carboxymethyl cellulose?

Ang Sodium Carboxymethyl cellulose, (tinatawag ding: Carboxymethyl cellulose sodium salt, Carboxymethyl cellulose, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) ay ang pinakamalawak na ginagamit na uri ng fiber sa mundo, maximum na dosis.

Ang Cmc-na ay isang cellulose derivative na may polymerization degree na 100~2000 at isang molekular na timbang na 242.16. Puting mahibla o butil-butil na pulbos. Walang amoy, walang lasa, walang lasa, hygroscopic, hindi matutunaw sa mga organikong solvent. Ang papel na ito ay higit sa lahat upang maunawaan ang aplikasyon ng sodium carboxymethyl cellulose sa mga detalye ng baterya ng lithium ion.

Pag-unlad sa aplikasyon ng Sodium carboxymethyl cellulose CMCsa mga baterya ng lithium ion

Sa kasalukuyan, ang polyvinylidene fluoride [pVDF, (CH: A CF:)] ay malawakang ginagamit bilang binder sa paggawa ng mga baterya ng lithium ion. . Ang PVDF ay hindi lamang mahal, kailangan ding gamitin sa proseso ng paggamit ng mga paputok, magiliw sa kapaligiran ng mga organic na solvents, tulad ng N methyl na kung saan ang alkane ketone (NMp) at air humidity kinakailangan para sa proseso ng produksyon mahigpit, din madali na may naka-embed metal lithium, lithium grapayt pangalawang reaksyon, lalo na sa kondisyon ng mataas na temperatura, isang kusang panganib ng thermal runaway. Ang sodium carboxymethyl cellulose (CMC), isang water-soluble binder, ay ginagamit bilang kapalit ng pVDF para sa mga electrode materials, na maaaring maiwasan ang paggamit ng NMp, bawasan ang mga gastos at bawasan ang polusyon sa kapaligiran. Kasabay nito, ang proseso ng produksyon ay hindi nangangailangan ng kahalumigmigan sa kapaligiran, ngunit maaari ring mapabuti ang kapasidad ng baterya, pahabain ang buhay ng ikot. Sa papel na ito, ang papel ng CMC sa pagganap ng lithium ion na baterya ay nasuri, at ang mekanismo ng CMC na pagpapabuti ng pagganap ng baterya ay na-summarize mula sa mga aspeto ng thermal stability, electrical conductivity at electrochemical na katangian.

1. Istraktura at pagganap ng CMC

1) istraktura ng CMC

Ang CMC ay karaniwang inuri ayon sa iba't ibang antas ng pagpapalit (Ds), at ang morpolohiya at pagganap ng produkto ay lubhang naaapektuhan ng Ds. LXie et al. nag-aral ng THE CMC sa Ds ng iba't ibang H pares ng Na. Ang mga resulta ng pagsusuri ng SEM ay nagpakita na ang CMC-Li-1 (Ds = 1.00) ay nagpakita ng butil na istraktura, at ang CMC-Li-2 (Ds = 0.62) ay nagpakita ng linear na istraktura. Pinatunayan ng pananaliksik ng M. E et al na ang CMC. Maaaring pigilan ng styrene butadiene rubber (SBR) ang pagsasama-sama ng Li: O at patatagin ang istraktura ng interface, na kapaki-pakinabang sa pagganap ng electrochemical.

2) Pagganap ng CMC

2.1)Thermal na katatagan

Zj Han et al. pinag-aralan ang thermal stability ng iba't ibang binder. Ang kritikal na temperatura ng pVDF ay tungkol sa 4500C. Kapag umabot sa 500 ℃, nangyayari ang mabilis na pagkabulok at ang masa ay nababawasan ng halos 70%. Kapag ang temperatura ay umabot sa 600 ℃, ang masa ay nabawasan pa ng 70%. Kapag ang temperatura ay umabot sa 300oC, ang masa ng CMC-Li ay nabawasan ng 70%. Kapag ang temperatura ay umabot sa 400 ℃, ang masa ng CMC-Li ay nabawasan ng 10%. Ang CMCLi ay mas madaling mabulok kaysa sa pVDF sa pagtatapos ng buhay ng baterya.

2.2)Ang electrical conductivity

S. Chou et al. Ang mga resulta ng pagsubok ay nagpakita na ang resistivity ng CMCLI-1, CMC-Li-2 at pVDF ay 0.3154 Mn·m at 0.2634 Mn, ayon sa pagkakabanggit. M at 20.0365 Mn·m, na nagpapahiwatig na ang resistivity ng pVDF ay mas mataas kaysa sa CMCLi, ang conductivity ng CMC-LI ay mas mahusay kaysa sa pVDF, at ang conductivity ng CMCLI.1 ay mas mababa kaysa sa CMCLI.2.

2.3)Pagganap ng electrochemical

FM Courtel et al. pinag-aralan ang cyclic voltammetry curves ng poly-sulfonate (AQ) based electrodes kapag ginamit ang iba't ibang binders. Ang iba't ibang mga binder ay may iba't ibang mga reaksyon ng oksihenasyon at pagbabawas, kaya iba ang potensyal na peak. Kabilang sa mga ito, ang potensyal ng oksihenasyon ng CMCLi ay 2.15V, at ang potensyal na pagbawas ay 2.55V. Ang potensyal ng oksihenasyon at potensyal ng pagbawas ng pVDF ay 2.605 V at 1.950 V ayon sa pagkakabanggit. Kung ikukumpara sa mga cyclic voltammetry curves ng nakaraang dalawang beses, ang peak potential difference ng oxidation-reduction peak noong ginamit ang CMCLi binder ay mas maliit kaysa noong ginamit ang pVDF, na nagpapahiwatig na ang reaksyon ay hindi gaanong nahahadlangan at ang CMCLi binder ay mas nakakatulong sa ang paglitaw ng reaksyon ng oxidation-reduction.

2. Epekto ng aplikasyon at mekanismo ng CMC

1) Epekto ng aplikasyon

Pj Suo et al. pinag-aralan ang electrochemical performance ng Si/C composite material noong ginamit ang pVDF at CMC bilang mga binder, at nalaman na ang bateryang gumagamit ng CMC ay may reversible specific capacity na 700mAh/g sa unang pagkakataon at mayroon pa ring 597mAh/g pagkatapos ng 4O cycles, na ay nakahihigit sa baterya gamit ang pVDF. Jh Lee et al. pinag-aralan ang impluwensya ng Ds ng CMC sa katatagan ng graphite suspension at naniniwala na ang likidong kalidad ng suspensyon ay tinutukoy ng Ds. Sa mababang DS, ang CMC ay may malakas na hydrophobic na katangian, at maaaring tumaas ang reaksyon sa ibabaw ng grapayt kapag ginamit ang tubig bilang media. Ang CMC ay mayroon ding mga pakinabang sa pagpapanatili ng katatagan ng mga cyclic na katangian ng silicon – tin alloy na anode materials. Ang mga electrodes ng NiO ay inihanda na may iba't ibang mga konsentrasyon (0.1mouL, 0.3mol/L at 0.5mol/L) CMC at pVDF binder, at sinisingil at pinalabas sa 1.5-3.5V na may kasalukuyang 0.1c. Sa unang cycle, ang kapasidad ng pVDF binder cell ay mas mataas kaysa sa CMC binder cell. Kapag ang bilang ng mga cycle ay umabot sa lO, ang discharge capacity ng pVDF binder ay malinaw na bumababa. Pagkatapos ng 4JD cycle, ang mga partikular na discharge capacities ng 0.1movL, 0.3MOUL at 0.5MovLPVDF binders ay bumaba sa 250mAh/g, 157mAtv 'g at 102mAh/g, ayon sa pagkakabanggit: Ang discharge specific capacities ng mga baterya na may 0.1 moL/moL/moL. at 0.5 moL/LCMC binder ay pinanatili sa 698mAh/g, 555mAh/g at 550mAh/g, ayon sa pagkakabanggit.

Ginagamit ang CMC binder sa LiTI0. : at SnO2 nanoparticle sa pang-industriyang produksyon. Gamit ang CMC bilang binder, LiFepO4 at Li4TI50l2 bilang positibo at negatibong aktibong materyales, ayon sa pagkakabanggit, at gamit ang pYR14FS1 bilang flame retardant electrolyte, ang baterya ay na-cycle ng 150 beses sa kasalukuyang 0.1c sa 1.5v ~ 3.5V sa temperatura, at ang positibong tiyak ang kapasidad ay pinananatili sa 140mAh/g. Sa iba't ibang metal salts sa CMC, ang CMCLi ay nagpapakilala ng iba pang mga metal ions, na maaaring humadlang sa "exchange reaction (vii)" sa electrolyte sa panahon ng sirkulasyon.

2) Mekanismo ng pagpapabuti ng pagganap

Maaaring mapabuti ng CMC Li binder ang electrochemical performance ng AQ base electrode sa lithium battery. M. E et al. -4 ay nagsagawa ng isang paunang pag-aaral sa mekanismo at iminungkahi ang isang modelo ng pamamahagi ng CMC-Li sa AQ electrode. Ang mahusay na pagganap ng CMCLi ay nagmumula sa malakas na epekto ng pagbubuklod ng mga hydrogen bond na ginawa ng isang OH, na nag-aambag sa mahusay na pagbuo ng mga istruktura ng mesh. Ang hydrophilic CMC-Li ay hindi matutunaw sa organikong electrolyte, kaya ito ay may mahusay na katatagan sa baterya, at may malakas na pagdirikit sa istraktura ng elektrod, na ginagawang ang baterya ay may mahusay na katatagan. Ang Cmc-li binder ay may magandang Li conductivity dahil mayroong isang malaking bilang ng mga functional na grupo sa molecular chain ng CMC-Li. Sa panahon ng paglabas, mayroong dalawang pinagmumulan ng mabisang mga sangkap na kumikilos kasama ng Li: (1) Li sa electrolyte; (2) Li sa molecular chain ng CMC-Li malapit sa epektibong sentro ng aktibong sangkap.

Ang reaksyon ng hydroxyl group at hydroxyl group sa carboxymethyl CMC-Li binder ay bubuo ng covalent bond; Sa ilalim ng pagkilos ng puwersa ng patlang ng kuryente, ang U ay maaaring ilipat sa molecular chain o katabing molecular chain, iyon ay, ang molecular chain structure ay hindi masisira; Sa bandang huli, magbubuklod si Lj sa AQ particle. Ipinapahiwatig nito na ang aplikasyon ng CMCLi ay hindi lamang nagpapabuti sa kahusayan ng paglilipat ng Li, ngunit pinapabuti din ang rate ng paggamit ng AQ. Kung mas mataas ang nilalaman ng cH: COOLi at 10Li sa molecular chain, mas madaling ilipat ang Li. M. Arrmand et al. naniniwala na ang mga organikong compound ng -COOH o OH ay maaaring tumugon sa 1 Li ayon sa pagkakabanggit at makagawa ng 1 C00Li o 1 0Li sa mababang potensyal. Upang higit pang tuklasin ang mekanismo ng CMCLi binder sa elektrod, ginamit ang CMC-Li-1 bilang aktibong materyal at nakuha ang mga katulad na konklusyon. Ang Li ay tumutugon sa isang cH, COOH at isang 0H mula sa CMC Li at bumubuo ng cH: COOLi at isang 0 "ayon, tulad ng ipinapakita sa mga equation (1) at (2)

Habang tumataas ang bilang ng cH, COOLi, at OLi, tumataas ang DS ng CMC-Li. Ipinapakita nito na ang organikong layer na binubuo pangunahin ng AQ particle surface binder ay nagiging mas matatag at mas madaling ilipat ang Li. Ang CMCLi ay isang conductive polymer na nagbibigay ng ruta ng transportasyon para maabot ni Li ang ibabaw ng mga particle ng AQ. Ang mga CMCLi binder ay may magandang electronic at ionic conductivity, na nagreresulta sa mahusay na electrochemical performance at mahabang cycle ng buhay ng CMCLi electrodes. JS Bridel et al. inihanda ang anode ng lithium ion na baterya gamit ang silicon/carbon/polymer composite materials na may iba't ibang binders upang pag-aralan ang impluwensya ng interaksyon sa pagitan ng silicon at polymer sa pangkalahatang pagganap ng baterya, at nalaman na ang CMC ay may pinakamahusay na pagganap kapag ginamit bilang binder. Mayroong malakas na hydrogen bond sa pagitan ng silicon at CMC, na may kakayahan sa pagpapagaling sa sarili at maaaring ayusin ang pagtaas ng stress ng materyal sa panahon ng proseso ng pagbibisikleta upang mapanatili ang katatagan ng istraktura ng materyal. Sa CMC bilang binder, ang kapasidad ng silicon anode ay maaaring panatilihing higit sa 1000mAh/g sa hindi bababa sa 100 cycle, at ang coulomb na kahusayan ay malapit sa 99.9%.

3, konklusyon

Bilang isang panali, ang materyal ng CMC ay maaaring gamitin sa iba't ibang uri ng mga materyales ng elektrod tulad ng natural na grapayt, meso-phase carbon microspheres (MCMB), lithium titanate, tin based na silicon based anode material at lithium iron phosphate anode material, na maaaring mapabuti ang baterya kapasidad, katatagan ng ikot at buhay ng ikot kumpara sa pYDF. Ito ay kapaki-pakinabang sa thermal stability, electrical conductivity at electrochemical properties ng CMC materials. Mayroong dalawang pangunahing mekanismo para sa CMC upang mapabuti ang pagganap ng mga baterya ng lithium ion:

(1) Ang matatag na pagganap ng pagbubuklod ng CMC ay lumilikha ng isang kinakailangang kinakailangan para sa pagkuha ng matatag na pagganap ng baterya;

(2) Ang CMC ay may magandang electron at ion conductivity at maaaring magsulong ng Li transfer