CMC'nin Pil Endüstrisinde Kullanımı

Sodyum karboksimetil selüloz nedir?

Sodyum Karboksimetil selüloz, (aynı zamanda: Karboksimetil selüloz sodyum tuzu, Karboksimetil selüloz, CMC, Karboksimetil, SelülozSodyum, KaboksiMetilSelülozun Sodyumsaltusu) dünyanın en yaygın kullanılan lif türleridir, dozajı maksimumdur.

Cmc-na, polimerizasyon derecesi 100~2000 ve molekül ağırlığı 242.16 olan bir selüloz türevidir. Beyaz lifli veya granüler toz. Kokusuz, tatsız, tatsız, higroskopik, organik çözücülerde çözünmez. Bu makalenin temel amacı sodyum karboksimetil selülozun lityum iyon pil detaylarındaki uygulamasını anlamaktır.

Sodyum karboksimetil selüloz uygulamasında ilerleme CMClityum iyon pillerde

Günümüzde poliviniliden florür [pVDF, (CH:A CF:)], lityum iyon pillerin üretiminde bağlayıcı olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. . PVDF sadece pahalı değildir, aynı zamanda patlayıcı madde uygulama sürecinde kullanılması gerekir, alkan keton (NMp) ve hava nemi gereksinimleri olan N metil gibi çevreye dost organik solventlerin üretim prosesi için kesinlikle kullanılması gerekir, ayrıca gömülü olarak da kolaylıkla kullanılabilir. metal lityum, lityum grafit ikincil reaksiyonu, özellikle yüksek sıcaklık koşullarında, kendiliğinden termal kaçak riski. Suda çözünür bir bağlayıcı olan sodyum karboksimetil selüloz (CMC), NMp kullanımını önleyebilen, maliyetleri düşürebilen ve çevre kirliliğini azaltabilen elektrot malzemeleri için pVDF'nin yerine kullanılır. Aynı zamanda, üretim süreci çevresel neme ihtiyaç duymaz, aynı zamanda pilin kapasitesini artırabilir, çevrim ömrünü uzatabilir. Bu yazıda, CMC'nin lityum iyon pil performansındaki rolü gözden geçirilmiş ve CMC'nin pil performansını iyileştirme mekanizması termal kararlılık, elektriksel iletkenlik ve elektrokimyasal özellikler açısından özetlenmiştir.

1. CMC'nin yapısı ve performansı

1) CMC yapısı

CMC genellikle farklı ikame derecelerine (D'ler) göre sınıflandırılır ve ürün morfolojisi ve performansı D'lerden büyük ölçüde etkilenir. LXie ve ark. Na'nın farklı H çiftlerinin D'leri ile CMC'yi inceledi. SEM analiz sonuçları, CMC-Li-1'in (Ds = 1,00) granüler yapı sunduğunu, CMC-Li-2'nin (Ds = 0,62) ise doğrusal yapı sunduğunu gösterdi. M. E ve arkadaşlarının araştırması CMC'yi kanıtladı. Stiren bütadien kauçuğu (SBR), Li:O'nun topaklanmasını engelleyebilir ve arayüz yapısını stabilize edebilir, bu da elektrokimyasal performans için faydalıdır.

2) CMC performansı

2.1)Termal stabilite

Zj Han ve diğerleri. farklı bağlayıcıların termal stabilitesini inceledi. pVDF'nin kritik sıcaklığı yaklaşık 450°C'dir. 500°C'ye ulaşıldığında hızlı bir ayrışma meydana gelir ve kütle yaklaşık %70 oranında azalır. Sıcaklık 600°C'ye ulaştığında kütle %70 oranında daha da azaldı. Sıcaklık 300oC'ye ulaştığında CMC-Li'nin kütlesi %70 oranında azaldı. Sıcaklık 400°C'ye ulaştığında CMC-Li'nin kütlesi %10 azaldı. CMCLi, pil ömrünün sonunda pVDF'ye göre daha kolay ayrışır.

2.2)Elektrik iletkenliği

S. Chou ve ark. 'nin test sonuçları CMCLI-1, CMC-Li-2 ve pVDF'nin direncinin sırasıyla 0,3154 Mn·m ve 0,2634 Mn olduğunu gösterdi. M ve 20,0365 Mn·m, pVDF'nin direncinin CMCLi'ninkinden daha yüksek olduğunu, CMC-LI'nin iletkenliğinin pVDF'ninkinden daha iyi olduğunu ve CMCLI.1'in iletkenliğinin CMCLI.2'ninkinden daha düşük olduğunu gösterir.

2.3)Elektrokimyasal performans

FM Courtel ve ark. farklı bağlayıcılar kullanıldığında poli-sülfonat (AQ) bazlı elektrotların döngüsel voltametri eğrilerini inceledi. Farklı bağlayıcıların farklı oksidasyon ve indirgeme reaksiyonları vardır, dolayısıyla tepe potansiyeli farklıdır. Bunlar arasında CMCLi'nin oksidasyon potansiyeli 2,15V ve indirgeme potansiyeli 2,55V'dur. pVDF'nin oksidasyon potansiyeli ve indirgeme potansiyeli sırasıyla 2,605 V ve 1,950 V idi. Önceki iki zamanın döngüsel voltametri eğrileriyle karşılaştırıldığında, CMCLi bağlayıcı kullanıldığında oksidasyon-indirgeme zirvesinin tepe potansiyel farkı, pVDF kullanıldığındakinden daha küçüktü; bu, reaksiyonun daha az engellendiğini ve CMCLi bağlayıcının daha fazla iletken olduğunu gösterir. Oksidasyon-indirgeme reaksiyonunun ortaya çıkışı.

2. CMC'nin uygulama etkisi ve mekanizması

1) Uygulama etkisi

Pj Suo ve ark. pVDF ve CMC bağlayıcı olarak kullanıldığında Si/C kompozit malzemelerin elektrokimyasal performansını inceledi ve CMC kullanan pilin ilk kez 700 mAh/g tersinir spesifik kapasiteye sahip olduğunu ve 4O döngüden sonra hala 597 mAh/g değerine sahip olduğunu buldu. pVDF kullanan bataryadan daha üstündü. Jh Lee ve diğerleri. CMC'nin D'lerinin grafit süspansiyonun stabilitesi üzerindeki etkisini inceledi ve süspansiyonun sıvı kalitesinin D'ler tarafından belirlendiğine inandı. Düşük DS'de CMC güçlü hidrofobik özelliklere sahiptir ve ortam olarak su kullanıldığında grafit yüzeyi ile reaksiyonu arttırabilir. CMC'nin ayrıca silikon-kalay alaşımı anot malzemelerinin döngüsel özelliklerinin stabilitesini koruma konusunda avantajları vardır. NiO elektrotları farklı konsantrasyonlarda (0.1mouL, 0.3mol/L ve 0.5mol/L) CMC ve pVDF bağlayıcı ile hazırlandı ve 0.1c akımla 1.5-3.5V'de şarj edilip boşaltıldı. İlk döngü sırasında pVDF bağlayıcı hücrenin kapasitesi CMC bağlayıcı hücrenin kapasitesinden daha yüksekti. Döngü sayısı 10'a ulaştığında, pVDF bağlayıcının boşaltma kapasitesi belirgin bir şekilde azalır. 4JD döngüleri sonrasında 0.1movL, 0.3MOUL ve 0.5MovLPVDF bağlayıcıların spesifik deşarj kapasiteleri sırasıyla 250mAh/g, 157mAtv 'g ve 102mAh/g'ye düştü: 0.1 moL/L, 0.3 moL/L'lik pillerin spesifik deşarj kapasiteleri ve 0,5 moL/LCMC bağlayıcı sırasıyla 698mAh/g, 555mAh/g ve 550mAh/g'de tutuldu.

LiTI0'da CMC bağlayıcı kullanılır. : ve endüstriyel üretimde SnO2 nanopartikülleri. Bağlayıcı olarak CMC, pozitif ve negatif aktif malzemeler olarak sırasıyla LiFepO4 ve Li4TI50l2 ve alev geciktirici elektrolit olarak pYR14FS1 kullanılarak pil, 1,5v ~ 3,5V sıcaklıkta 0,1c akımda 150 kez çevrildi ve pozitif spesifik kapasitans 140mAh/g'de tutuldu. CMC'deki çeşitli metal tuzları arasında CMCLi, dolaşım sırasında elektrolitteki "değişim reaksiyonunu (vii)" engelleyebilen diğer metal iyonlarını da dahil eder.

2) Performans iyileştirme mekanizması

CMC Li bağlayıcı, lityum pildeki AQ baz elektrotunun elektrokimyasal performansını artırabilir. M.E ve ark. -4 mekanizma üzerinde bir ön çalışma yürüttü ve AQ elektrotunda CMC-Li dağılımına ilişkin bir model önerdi. CMCLi'nin iyi performansı, ağ yapılarının verimli oluşumuna katkıda bulunan bir OH tarafından üretilen hidrojen bağlarının güçlü bağlanma etkisinden gelir. Hidrofilik CMC-Li organik elektrolitte çözünmez, bu nedenle pilde iyi bir stabiliteye sahiptir ve elektrot yapısına güçlü bir yapışma özelliğine sahiptir, bu da pilin iyi bir stabiliteye sahip olmasını sağlar. Cmc-li bağlayıcı iyi Li iletkenliğine sahiptir çünkü CMC-Li'nin moleküler zincirinde çok sayıda fonksiyonel grup vardır. Deşarj sırasında Li ile etki eden iki etkili madde kaynağı vardır: (1) Elektrolitte Li; (2) Aktif maddenin etkili merkezine yakın CMC-Li'nin moleküler zincirinde Li.

Hidroksil grubu ile hidroksil grubunun karboksimetil CMC-Li bağlayıcıdaki reaksiyonu kovalent bağ oluşturacaktır; Elektrik alan kuvvetinin etkisi altında U, moleküler zincire veya bitişik moleküler zincire aktarılabilir, yani moleküler zincir yapısı zarar görmez; Sonunda Lj, AQ parçacığına bağlanacaktır. Bu, CMCLi uygulamasının yalnızca Li'nin transfer verimliliğini arttırmakla kalmayıp aynı zamanda AQ'nun kullanım oranını da arttırdığını gösterir. Moleküler zincirdeki cH: COOLi ve 10Li içeriği ne kadar yüksek olursa Li transferi o kadar kolay olur. M. Armand ve ark. -COOH veya OH'nin organik bileşiklerinin sırasıyla 1 Li ile reaksiyona girebileceğine ve düşük potansiyelde 1 C00Li veya 10Li üretebileceğine inanıyordu. Elektrottaki CMCLi bağlayıcının mekanizmasını daha fazla araştırmak için aktif malzeme olarak CMC-Li-1 kullanıldı ve benzer sonuçlar elde edildi. Li, CMC Li'den bir cH, COOH ve bir 0H ile reaksiyona girer ve denklemler (1) ve (2)'de gösterildiği gibi sırasıyla cH: COOLi ve bir 0 " üretir.

cH, COOLi ve OLi sayısı arttıkça CMC-Li'nin DS'si artar. Bu, esas olarak AQ parçacık yüzey bağlayıcısından oluşan organik katmanın daha stabil hale geldiğini ve Li'yi aktarmanın daha kolay olduğunu gösterir. CMCLi, Li'nin AQ parçacıklarının yüzeyine ulaşması için bir taşıma yolu sağlayan iletken bir polimerdir. CMCLi bağlayıcılar iyi bir elektronik ve iyonik iletkenliğe sahiptir, bu da CMCLi elektrotlarının iyi bir elektrokimyasal performansa ve uzun çevrim ömrüne sahip olmasını sağlar. JS Bridel ve ark. silikon ve polimer arasındaki etkileşimin pilin genel performansı üzerindeki etkisini incelemek için farklı bağlayıcılara sahip silikon/karbon/polimer kompozit malzemeleri kullanarak lityum iyon pilin anotunu hazırladı ve CMC'nin bağlayıcı olarak kullanıldığında en iyi performansa sahip olduğunu buldu. Silikon ve CMC arasında, kendi kendini iyileştirme yeteneğine sahip olan ve malzeme yapısının stabilitesini korumak için döngü işlemi sırasında malzemenin artan stresini ayarlayabilen güçlü bir hidrojen bağı vardır. Bağlayıcı olarak CMC kullanıldığında, silikon anodun kapasitesi en az 100 döngüde 1000 mAh/g'nin üzerinde tutulabilir ve Coulomb verimliliği %99,9'a yakındır.

3, sonuç

Bağlayıcı olarak CMC malzemesi, pili geliştirebilen doğal grafit, mezofaz karbon mikroküreler (MCMB), lityum titanat, kalay bazlı silikon bazlı anot malzemesi ve lityum demir fosfat anot malzemesi gibi farklı elektrot malzemeleri türlerinde kullanılabilir. pYDF ile karşılaştırıldığında kapasite, çevrim stabilitesi ve çevrim ömrü. CMC malzemelerinin termal stabilitesine, elektriksel iletkenliğine ve elektrokimyasal özelliklerine faydalıdır. Lityum iyon pillerin performansını artırmak için CMC'nin iki ana mekanizması vardır:

(1) CMC'nin kararlı bağlanma performansı, kararlı pil performansı elde etmek için gerekli bir önkoşul oluşturur;

(2) CMC iyi elektron ve iyon iletkenliğine sahiptir ve Li transferini destekleyebilir