CMC batareya sanoatida qo'llaniladi

Natriy karboksimetil tsellyuloza nima?

Natriy karboksimetil tsellyuloza, (shuningdek: karboksimetil tsellyuloza natriy tuzi, karboksimetil tsellyuloza, CMC, karboksimetil, tsellyuloza natriy, natriy saltofCaboxymethylcellulose) dunyodagi eng ko'p ishlatiladigan tola turlari, maksimal dozasi.

Cmc-na tsellyuloza hosilasi bo'lib, polimerizatsiya darajasi 100 ~ 2000 va molekulyar og'irligi 242,16. Oq tolali yoki donador kukun. Hidsiz, ta'msiz, ta'msiz, gigroskopik, organik erituvchilarda erimaydi. Ushbu maqola asosan natriy karboksimetil tsellyulozaning lityum ionli batareyalar detallarida qo'llanilishini tushunish uchun mo'ljallangan.

Natriy karboksimetil tsellyulozani qo'llashdagi taraqqiyot CMClitiy-ionli batareyalarda

Hozirgi vaqtda poliviniliden ftorid [pVDF, (CH: A CF :)] lityum ionli batareyalarni ishlab chiqarishda bog'lovchi sifatida keng qo'llaniladi. . PVDF nafaqat qimmat, balki portlovchi, atrof-muhitga do'stona bo'lgan organik erituvchilarni qo'llash jarayonida ham foydalanish kerak, masalan, N metil, alkan keton (NMp) va havo namligi ishlab chiqarish jarayoniga qat'iy talablar, shuningdek, o'rnatilgan. metall lityum, lityum grafit ikkilamchi reaktsiyasi, ayniqsa yuqori harorat sharoitida, termal qochib ketishning o'z-o'zidan xavfi. Suvda eruvchan biriktiruvchi natriy karboksimetil tsellyuloza (CMC) elektrod materiallari uchun pVDF o'rnini bosuvchi sifatida ishlatiladi, bu NMp dan foydalanishni oldini oladi, xarajatlarni kamaytiradi va atrof-muhit ifloslanishini kamaytiradi. Shu bilan birga, ishlab chiqarish jarayoni atrof-muhit namligini talab qilmaydi, balki batareyaning quvvatini yaxshilashi, aylanish muddatini uzaytirishi mumkin. Ushbu maqolada CMC ning lityum ion batareyasining ishlashidagi roli ko'rib chiqildi va batareyaning ishlashini yaxshilashning CMC mexanizmi issiqlik barqarorligi, elektr o'tkazuvchanligi va elektrokimyoviy xususiyatlar jihatlaridan umumlashtirildi.

1. CMCning tuzilishi va ishlashi

1) CMC tuzilishi

CMC odatda turli darajadagi almashtirish (Ds) bo'yicha tasniflanadi va mahsulot morfologiyasi va ishlashiga Ds katta ta'sir ko'rsatadi. LXie va boshqalar. THE CMC ni Na ning turli H juftlarining Dlari bilan o'rgangan. SEM tahlil natijalari shuni ko'rsatdiki, CMC-Li-1 (Ds = 1.00) granüler tuzilmani, CMC-Li-2 (Ds = 0.62) esa chiziqli tuzilmani taqdim etdi. M. E va boshqalarning tadqiqotlari CMC ekanligini isbotladi. Stirol butadien kauchuk (SBR) Li: O ning aglomeratsiyasini inhibe qilishi va elektrokimyoviy ishlash uchun foydali bo'lgan interfeys tuzilishini barqarorlashtirishi mumkin.

2) CMC ishlashi

2.1)Termal barqarorlik

Zj Xan va boshqalar. turli bog‘lovchilarning termik barqarorligini o‘rgangan. pVDF ning kritik harorati taxminan 4500C ni tashkil qiladi. 500 ℃ ga yetganda, tez parchalanish sodir bo'ladi va massa taxminan 70% ga kamayadi. Harorat 600 ℃ ga yetganda, massa yana 70% ga kamaydi. Harorat 300oC ga yetganda, CMC-Li massasi 70% ga kamaydi. Harorat 400 ℃ ga yetganda, CMC-Li massasi 10% ga kamaydi. Batareyaning ishlash muddati oxirida CMCL pVDFga qaraganda osonroq parchalanadi.

2.2)Elektr o'tkazuvchanligi

S. Chou va boshqalar. ning sinov natijalari CMCLI-1, CMC-Li-2 va pVDF ning qarshiligi mos ravishda 0,3154 Mn·m va 0,2634 Mn ekanligini ko'rsatdi. M va 20.0365 Mn · m, bu pVDF ning qarshiligi CMCLi dan yuqori ekanligini ko'rsatadi, CMC-LI ning o'tkazuvchanligi pVDF dan yaxshiroq va CMCLI.1 ning o'tkazuvchanligi CMCLI.2 dan past.

2.3)Elektrokimyoviy ishlash

FM Courtel va boshqalar. turli bog'lovchilar ishlatilganda poli-sulfonat (AQ) asosidagi elektrodlarning tsiklik voltametriya egri chiziqlarini o'rgandi. Turli bog'lovchilar turli xil oksidlanish va qaytarilish reaktsiyalariga ega, shuning uchun maksimal potentsial har xil. Ular orasida CMCLi ning oksidlanish potentsiali 2,15V, qaytarilish salohiyati esa 2,55V ni tashkil qiladi. pVDF ning oksidlanish potentsiali va qaytarilish potentsiali mos ravishda 2,605 V va 1,950 V ni tashkil etdi. Oldingi ikki marta tsiklik voltametriya egri chiziqlari bilan solishtirganda, CMCLi bog'lovchisi ishlatilganda oksidlanish-qaytarilish cho'qqisining maksimal potentsial farqi pVDF ishlatilgandan kichikroq edi, bu reaktsiya kamroq to'sqinlik qilganligini va CMCLi bog'lovchisi ko'proq yordam berganligini ko'rsatadi. oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasining paydo bo'lishi.

2. CMC ning tatbiq ta'siri va mexanizmi

1) Ilova effekti

Pj Suo va boshqalar. pVDF va CMC bog'lovchi sifatida ishlatilganda Si / C kompozit materiallarining elektrokimyoviy ko'rsatkichlarini o'rganib chiqdi va CMC dan foydalanadigan batareya birinchi marta 700 mAh / g teskari o'ziga xos quvvatga ega ekanligini va 4O tsiklidan keyin hali ham 597 mA / g ga ega ekanligini aniqladi. pVDF yordamida batareyadan ustun edi. Jh Li va boshqalar. grafit suspenziyasining barqarorligiga CMC D.larining taʼsirini oʻrgandi va suspenziyaning suyuqlik sifatini D.lar aniqlaydi, deb hisobladi. Past DSda CMC kuchli hidrofobik xususiyatlarga ega va suv vosita sifatida ishlatilganda grafit yuzasi bilan reaktsiyani kuchaytirishi mumkin. CMC shuningdek, kremniy - qalay qotishma anodli materiallarning tsiklik xususiyatlarining barqarorligini saqlashda afzalliklarga ega. NiO elektrodlari turli konsentratsiyali (0,1mouL, 0,3mol/L va 0,5mol/L) CMC va pVDF biriktiruvchi bilan tayyorlangan va 0,1c oqim bilan 1,5-3,5V da zaryadlangan va zaryadsizlangan. Birinchi tsikl davomida pVDF biriktiruvchi hujayraning sig'imi CMC biriktiruvchi hujayradan yuqori edi. Tsikllar soni lO ga yetganda, pVDF biriktiruvchisining tushirish quvvati aniq kamayadi. 4JD sikllaridan so'ng, 0,1movL, 0,3MOUL va 0,5MovLPVDF bog'lovchilarining o'ziga xos tushirish sig'imlari mos ravishda 250mAh/g, 157mAtv 'g va 102mAh/g ga kamaydi: 0,L/L3.1 bo'lgan batareyalarning zaryadsizlanish o'ziga xos sig'imlari va 0,5 moL / LCMC bog'lovchi mos ravishda 698 mAh / g, 555 mAh / g va 550 mAh / g da saqlangan.

LiTI0 da CMC biriktiruvchi ishlatiladi. : va sanoat ishlab chiqarishida SnO2 nanozarralari. CMC ni biriktiruvchi sifatida, LiFepO4 va Li4TI50l2 ni mos ravishda musbat va salbiy faol moddalar sifatida va pYR14FS1ni olovga chidamli elektrolit sifatida ishlatib, batareya 150 marta 0,1c oqimda 1,5v ~ 3,5V haroratda va ijobiy o'ziga xoslik bilan aylantirildi. sig'im 140 mAh / g da saqlanib qoldi. CMCdagi turli metall tuzlari orasida CMCLi boshqa metall ionlarini kiritadi, ular aylanish jarayonida elektrolitda "almashinuv reaktsiyasini (vii)" inhibe qilishi mumkin.

2) samaradorlikni oshirish mexanizmi

CMC Li bog'lovchi lityum batareyada AQ tayanch elektrodining elektrokimyoviy ish faoliyatini yaxshilashi mumkin. M. E va boshqalar. -4 mexanizmi bo'yicha dastlabki tadqiqot o'tkazdi va AQ elektrodida CMC-Li taqsimoti modelini taklif qildi. CMCLi ning yaxshi ishlashi OH tomonidan ishlab chiqarilgan vodorod aloqalarining kuchli bog'lanish ta'siridan kelib chiqadi, bu esa to'r tuzilmalarining samarali shakllanishiga yordam beradi. Hidrofilik CMC-Li organik elektrolitda erimaydi, shuning uchun u batareyada yaxshi barqarorlikka ega va elektrod tuzilishiga kuchli yopishadi, bu batareyani yaxshi barqarorlikka ega qiladi. Cmc-li bog'lovchisi yaxshi Li o'tkazuvchanligiga ega, chunki CMC-Li molekulyar zanjirida ko'p sonli funktsional guruhlar mavjud. Bo'shatish vaqtida Li bilan ta'sir qiluvchi samarali moddalarning ikkita manbai mavjud: (1) elektrolitda Li; (2) faol moddaning samarali markazi yaqinida CMC-Li molekulyar zanjirida Li.

Karboksimetil CMC-Li biriktiruvchisida gidroksil guruhi va gidroksil guruhining reaktsiyasi kovalent bog'lanish hosil qiladi; Elektr maydon kuchi ta'sirida U molekulyar zanjirga yoki qo'shni molekulyar zanjirga o'tishi mumkin, ya'ni molekulyar zanjir tuzilishi buzilmaydi; Oxir-oqibat, Lj AQ zarrachasi bilan bog'lanadi. Bu shuni ko'rsatadiki, CMCLi qo'llanilishi nafaqat Li ning uzatish samaradorligini oshiradi, balki AQ dan foydalanish tezligini ham oshiradi. Molekulyar zanjirda cH: COOLi va 10Li qancha ko'p bo'lsa, Li o'tkazish osonroq bo'ladi. M. Arrmand va boshqalar. -COOH yoki OH ning organik birikmalari mos ravishda 1 Li bilan reaksiyaga kirishishi va past potentsialda 1 C00Li yoki 1 0Li hosil qilishi mumkinligiga ishonishgan. Elektroddagi CMCLi bog'lovchi mexanizmini yanada o'rganish uchun faol material sifatida CMC-Li-1 ishlatilgan va shunga o'xshash xulosalar olingan. Li CMC Li dan bir cH, COOH va bitta 0H bilan reaksiyaga kirishadi va (1) va (2) tenglamalarda ko'rsatilganidek, mos ravishda cH: COOLi va bitta 0 ni hosil qiladi.

CH, COOLi va OLi soni ortishi bilan CMC-Li ning DS si oshadi. Bu shuni ko'rsatadiki, asosan AQ zarralari sirt birlashtiruvchisidan tashkil topgan organik qatlam yanada barqaror va Li ni o'tkazish osonroq bo'ladi. CMCLi o'tkazuvchan polimer bo'lib, Li ning AQ zarralari yuzasiga etib borishi uchun transport yo'lini ta'minlaydi. CMCLi bog'lovchilari yaxshi elektron va ion o'tkazuvchanligiga ega, bu esa yaxshi elektrokimyoviy ishlashga va CMCLi elektrodlarining uzoq umriga olib keladi. JS Bridel va boshqalar. kremniy va polimer o'rtasidagi o'zaro ta'sirning batareyaning umumiy ishlashiga ta'sirini o'rganish uchun turli bog'lovchilar bilan silikon / uglerod / polimer kompozit materiallardan foydalangan holda lityum ion batareyasining anodini tayyorladi va CMC ning biriktiruvchi sifatida ishlatilganda eng yaxshi ko'rsatkichga ega ekanligini aniqladi. Silikon va CMC o'rtasida kuchli vodorod aloqasi mavjud bo'lib, u o'z-o'zini davolash qobiliyatiga ega va material strukturasining barqarorligini saqlash uchun velosiped jarayonida materialning ortib borayotgan stressini sozlashi mumkin. Bog'lovchi sifatida CMC bilan kremniy anodining quvvati kamida 100 tsiklda 1000 mA / g dan yuqori bo'lishi mumkin va kulon samaradorligi 99,9% ga yaqin.

3, xulosa

Bog'lovchi sifatida CMC materiali tabiiy grafit, mezo-fazali uglerod mikrosferalari (MCMB), lityum titanat, qalay asosidagi kremniy asosidagi anod materiali va batareyani yaxshilashi mumkin bo'lgan lityum temir fosfat anod materiallari kabi turli xil elektrod materiallarida ishlatilishi mumkin. pYDF bilan solishtirganda sig'im, tsikl barqarorligi va aylanish muddati. Bu CMC materiallarining issiqlik barqarorligi, elektr o'tkazuvchanligi va elektrokimyoviy xususiyatlari uchun foydalidir. Lityum-ionli batareyalarning ishlashini yaxshilash uchun CMC uchun ikkita asosiy mexanizm mavjud:

(1) CMC ning barqaror bog'lanish ko'rsatkichi batareyaning barqaror ishlashini olish uchun zarur shartni yaratadi;

(2) CMC yaxshi elektron va ion o'tkazuvchanligiga ega va Li o'tkazuvchanligini oshirishi mumkin