CMC використовує в акумуляторній промисловості

Що таке натрійкарбоксиметилцелюлоза?

Карбоксиметилцелюлоза натрію (також називається: натрієва сіль карбоксиметилцелюлози, карбоксиметилцелюлоза, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) є найпоширенішим у світі типом клітковини, максимальна доза.

Cmc-na є похідною целюлози зі ступенем полімеризації 100~2000 і молекулярною масою 242,16. Білий волокнистий або гранульований порошок. Без запаху, смаку, несмаку, гігроскопічний, нерозчинний в органічних розчинниках. Ця стаття в основному для розуміння застосування натрій-карбоксиметилцелюлози в деталях літій-іонних батарей.

Прогрес у застосуванні натрійкарбоксиметилцелюлози CMCв літій-іонних акумуляторах

В даний час полівініліденфторид [pVDF, (CH: A CF:)] широко використовується як сполучний у виробництві літій-іонних батарей. . PVDF не тільки дорогий, але також потребує використання в процесі застосування вибухонебезпечних, дружніх до навколишнього середовища органічних розчинників, таких як N метил, який є алканкетон (NMp) і вимоги до вологості повітря для виробничого процесу строго, також легко з вбудованим металевий літій, літій-графіт вторинна реакція, особливо в умовах високої температури, спонтанний ризик термічної втечі. Натрій-карбоксиметилцелюлоза (CMC), водорозчинна зв’язуюча речовина, використовується як замінник pVDF для електродних матеріалів, що дозволяє уникнути використання NMp, зменшити витрати та зменшити забруднення навколишнього середовища. У той же час виробничий процес не вимагає вологості навколишнього середовища, але також може підвищити ємність акумулятора, продовжити термін служби. У цій статті було розглянуто роль CMC у продуктивності літій-іонної батареї, а механізм покращення продуктивності акумулятора CMC був узагальнений з точки зору термічної стабільності, електропровідності та електрохімічних характеристик.

1. Будова та продуктивність КМК

1) Будова КМК

КМЦ зазвичай класифікується за різним ступенем заміщення (Ds), і морфологія продукту та продуктивність значною мірою залежать від Ds. LXie та ін. досліджували ККМ з D різних H пар Na. Результати SEM-аналізу показали, що CMC-Li-1 (Ds = 1,00) має зернисту структуру, а CMC-Li-2 (Ds = 0,62) має лінійну структуру. Дослідження M. E та ін. довели, що CMC. Бутадієн-стироловий каучук (SBR) може перешкоджати агломерації Li: O та стабілізувати структуру межі розділу, що є корисним для електрохімічних характеристик.

2) Продуктивність CMC

2.1 )Термостабільність

Zj Han та ін. вивчено термічну стійкість різних в'яжучих. Критична температура pVDF становить близько 4500C. При досягненні 500 ℃ відбувається швидке розкладання, і маса зменшується приблизно на 70%. Коли температура досягла 600 ℃, маса ще більше зменшилася на 70%. Коли температура досягла 300oC, маса CMC-Li зменшувалася на 70%. Коли температура досягла 400 ℃, маса CMC-Li зменшилася на 10%. CMCLi легше розкладається, ніж pVDF, після закінчення терміну служби батареї.

2.2 )Електропровідність

С. Чоу та ін. Результати випробувань показали, що питомий опір CMCLI-1, CMC-Li-2 і pVDF становив 0,3154 Мн·м і 0,2634 Мн відповідно. M і 20,0365 Мн·м, що вказує на те, що питомий опір pVDF вищий, ніж у CMCLi, провідність CMC-LI краща, ніж у pVDF, а провідність CMCLI.1 нижча, ніж у CMCLI.2.

2.3)Електрохімічні характеристики

FM Courtel та ін. досліджували циклічні вольтамперометричні криві електродів на основі полісульфонату (AQ), коли використовувалися різні сполучні речовини. Різні сполучні речовини мають різні реакції окислення та відновлення, тому піковий потенціал різний. Серед них потенціал окислення CMCLi становить 2,15 В, а потенціал відновлення — 2,55 В. Потенціал окислення та потенціал відновлення pVDF становили 2,605 В та 1,950 В відповідно. Порівняно з циклічними вольтамперометричними кривими двох попередніх часів, пікова різниця потенціалів піку окиснення-відновлення, коли використовувався зв’язувальний CMCLi, був меншим, ніж той, коли використовувався pVDF, що вказує на те, що реакція була менш утрудненою, а сполучний CMCLi був більш сприятливим для протікання окислювально-відновної реакції.

2. Аплікаційна дія та механізм КМЦ

1) Ефект застосування

Pj Suo та ін. досліджували електрохімічні характеристики композитних матеріалів Si/C, коли pVDF і CMC використовувалися як сполучні, і виявили, що батарея з CMC вперше мала оборотну питому ємність 700 мАг/г і все ще мала 597 мАг/г після 40 циклів, що було краще, ніж батарея з використанням pVDF. Jh Lee та ін. вивчав вплив D КМЦ на стабільність суспензії графіту і вважав, що якість рідини суспензії визначається Ds. При низькій DS КМЦ має сильні гідрофобні властивості та може посилити реакцію з поверхнею графіту, коли вода використовується як середовище. КМЦ також має переваги у збереженні стабільності циклічних властивостей анодних матеріалів із сплаву кремній – олово. Електроди з NiO були виготовлені з різними концентраціями (0,1mouL, 0,3mol/L і 0,5mol/L) сполучної CMC і pVDF, заряджені та розряджені при 1,5-3,5V зі струмом 0,1c. Під час першого циклу ємність зв’язувальної клітини pVDF була вищою, ніж сполучна клітина CMC. Коли кількість циклів досягає 10, розрядна здатність зв'язуючого pVDF явно зменшується. Після 4JD-циклів питома розрядна ємність зв’язуючих речовин 0,1 мАч, 0,3 МОВЛ і 0,5 МовЛПВДФ зменшилася до 250 мАг/г, 157 мА/г і 102 мАг/г відповідно: питома розрядна ємність акумуляторів з 0,1 моль/л, 0,3 моль/л і 0,5 моль/LCMC зв'язувального зберігали при 698 мАг/г, 555 мАг/г і 550 мАг/г відповідно.

CMC сполучна використовується на LiTI0. : та наночастинки SnO2 у промисловому виробництві. Використовуючи КМЦ як сполучну речовину, LiFepO4 і Li4TI50l2 як позитивні та негативні активні матеріали, відповідно, і використовуючи pYR14FS1 як вогнезахисний електроліт, батарею було 150 циклів при струмі 0,1c при 1,5 В ~ 3,5 В при температурі, а позитивна питома ємність підтримувалася на рівні 140 мАг/г. Серед різних солей металів у CMC CMCLi вводить іони інших металів, які можуть інгібувати «реакцію обміну (vii)» в електроліті під час циркуляції.

2) Механізм підвищення продуктивності

Сполучна речовина CMC Li може покращити електрохімічні характеристики базового електрода AQ у літієвій батареї. M. E та ін. -4 провели попереднє дослідження механізму та запропонували модель розподілу CMC-Li в електроді AQ. Гарна продуктивність CMCLi пояснюється сильним зв’язуючим ефектом водневих зв’язків, утворених OH, що сприяє ефективному формуванню сітчастих структур. Гідрофільний CMC-Li не розчиняється в органічному електроліті, тому він має хорошу стабільність в акумуляторі та має міцну адгезію до структури електрода, що робить акумулятор гарним. Сполучна речовина Cmc-li має хорошу провідність Li, оскільки в молекулярному ланцюзі CMC-Li є велика кількість функціональних груп. Під час розряду існує два джерела ефективних речовин, що діють з Li: (1) Li в електроліті; (2) Li на молекулярному ланцюгу CMC-Li поблизу ефективного центру діючої речовини.

Реакція гідроксильної групи та гідроксильної групи в карбоксиметиловому сполучному CMC-Li утворює ковалентний зв'язок; Під дією сили електричного поля U може переходити на молекулярний ланцюг або сусідній молекулярний ланцюг, тобто структура молекулярного ланцюга не буде пошкоджена; Згодом Lj зв’яжеться з частинкою AQ. Це вказує на те, що застосування CMCLi не тільки покращує ефективність передачі Li, але також покращує коефіцієнт використання AQ. Чим вищий вміст cH: COOLi і 10Li в молекулярному ланцюзі, тим легше переноситься Li. M. Arrmand та ін. вважали, що органічні сполуки -COOH або OH можуть реагувати з 1 Li відповідно і виробляти 1 C00Li або 1 0Li при низькому потенціалі. Для подальшого вивчення механізму сполучної речовини CMCLi в електроді використовувався CMC-Li-1 як активний матеріал і були отримані аналогічні висновки. Li реагує з одним cH, COOH і одним 0H з CMC Li і генерує cH: COOLi і один 0 відповідно, як показано в рівняннях (1) і (2)

Зі збільшенням кількості cH, COOLi та OLi зростає DS CMC-Li. Це показує, що органічний шар, що складається в основному з поверхневого зв’язуючого елемента AQ, стає більш стабільним і легше переносить Li. CMCLi — це провідний полімер, який забезпечує транспортний шлях Li для досягнення поверхні частинок AQ. Сполучні речовини CMCLi мають хорошу електронну та іонну провідність, що забезпечує хороші електрохімічні характеристики та тривалий термін служби електродів CMCLi. JS Bridel та ін. підготували анод літій-іонної батареї, використовуючи кремній/вуглець/полімерні композитні матеріали з різними зв’язуючими речовинами, щоб вивчити вплив взаємодії між кремнієм і полімером на загальну продуктивність батареї, і виявили, що КМЦ має найкращі характеристики, коли використовується як сполучна речовина. Між кремнієм і CMC існує сильний водневий зв’язок, який має здатність до самовідновлення та може регулювати зростаючу напругу матеріалу під час циклічного процесу, щоб підтримувати стабільність структури матеріалу. З CMC як сполучною речовиною ємність кремнієвого анода може підтримуватися вище 1000 мАг/г принаймні за 100 циклів, а кулонівська ефективність наближається до 99,9%.

3, висновок

Як сполучний матеріал CMC можна використовувати в різних типах електродних матеріалів, таких як природний графіт, мезофазні вуглецеві мікросфери (MCMB), титанат літію, анодний матеріал на основі кремнію на основі олова та анодний матеріал на основі фосфату літію і заліза, що може покращити акумулятор. ємність, стабільність циклу та термін служби в порівнянні з pYDF. Це корисно для термічної стабільності, електропровідності та електрохімічних властивостей CMC матеріалів. Є два основні механізми для CMC для підвищення продуктивності літій-іонних батарей:

(1) Стабільна ефективність зв’язування CMC створює необхідну передумову для отримання стабільної роботи акумулятора;

(2) CMC має хорошу електронну та іонну провідність і може сприяти перенесенню Li