Là chất kết dính chính của vật liệu điện cực âm gốc nước, các sản phẩm CMC được các nhà sản xuất pin trong và ngoài nước sử dụng rộng rãi. Lượng chất kết dính tối ưu có thể thu được dung lượng pin tương đối lớn, tuổi thọ dài và điện trở trong tương đối thấp.
Chất kết dính là một trong những vật liệu chức năng phụ trợ quan trọng trong pin lithium-ion. Nó là nguồn chính tạo nên các tính chất cơ học của toàn bộ điện cực và có tác động quan trọng đến quá trình sản xuất điện cực và hiệu suất điện hóa của pin. Bản thân chất kết dính không có dung lượng và chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong pin.
Ngoài đặc tính kết dính của chất kết dính thông thường, vật liệu kết dính điện cực pin lithium-ion còn cần có khả năng chịu được sự trương nở và ăn mòn của chất điện phân, cũng như chịu được sự ăn mòn điện hóa trong quá trình sạc và phóng điện. Nó vẫn ổn định trong dải điện áp làm việc nên không có nhiều vật liệu polymer có thể được sử dụng làm chất kết dính điện cực cho pin lithium-ion.
Hiện nay có ba loại chất kết dính pin lithium-ion chính được sử dụng rộng rãi: polyvinylidene fluoride (PVDF), nhũ tương cao su styrene-butadiene (SBR) và carboxymethyl cellulose (CMC). Ngoài ra, axit polyacrylic (PAA), chất kết dính gốc nước với thành phần chính là polyacrylonitrile (PAN) và polyacrylate cũng chiếm một thị trường nhất định.
Bốn đặc điểm của CMC cấp pin
Do cấu trúc axit của carboxymethyl cellulose có khả năng hòa tan trong nước kém nên để ứng dụng tốt hơn CMC là vật liệu được sử dụng rất rộng rãi trong sản xuất pin.
Là chất kết dính chính của vật liệu điện cực âm gốc nước, các sản phẩm CMC được các nhà sản xuất pin trong và ngoài nước sử dụng rộng rãi. Lượng chất kết dính tối ưu có thể thu được dung lượng pin tương đối lớn, tuổi thọ dài và điện trở trong tương đối thấp.
Bốn đặc điểm của CMC là:
Đầu tiên, CMC có thể làm cho sản phẩm ưa nước và hòa tan, hòa tan hoàn toàn trong nước, không có chất xơ tự do và tạp chất.
Thứ hai, mức độ thay thế đồng đều và độ nhớt ổn định, có thể mang lại độ nhớt và độ bám dính ổn định.
Thứ ba, sản xuất các sản phẩm có độ tinh khiết cao với hàm lượng ion kim loại thấp.
Thứ tư, sản phẩm có khả năng tương thích tốt với mủ SBR và các vật liệu khác.
CMC natri carboxymethyl cellulose được sử dụng trong pin đã cải thiện về mặt chất lượng hiệu quả sử dụng, đồng thời mang lại hiệu suất sử dụng tốt, với hiệu quả sử dụng hiện tại.
Vai trò của CMC trong pin
CMC là một dẫn xuất carboxymethyl hóa của cellulose, thường được điều chế bằng cách cho cellulose tự nhiên phản ứng với kiềm ăn da và axit monochloroacetic, và trọng lượng phân tử của nó dao động từ hàng nghìn đến hàng triệu.
CMC là chất bột màu trắng đến vàng nhạt, dạng hạt hoặc dạng sợi, có khả năng hút ẩm mạnh, dễ tan trong nước. Khi nó trung tính hoặc kiềm, dung dịch là chất lỏng có độ nhớt cao. Nếu đun nóng trên 80oC trong thời gian dài, độ nhớt sẽ giảm và không tan trong nước. Nó chuyển sang màu nâu khi đun nóng đến 190-205°C và cacbon hóa khi đun nóng đến 235-248°C.
Vì CMC có chức năng làm đặc, liên kết, giữ nước, nhũ hóa và huyền phù trong dung dịch nước nên nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực gốm sứ, thực phẩm, mỹ phẩm, in và nhuộm, sản xuất giấy, dệt, sơn, chất kết dính và y học, chất lượng cao. gốm sứ cuối cùng và pin lithium Lĩnh vực này chiếm khoảng 7%, thường được gọi là “bột ngọt công nghiệp”.
Cụ thểCMCtrong pin, các chức năng của CMC là: phân tán vật liệu hoạt động điện cực âm và chất dẫn điện; tác dụng làm dày và chống lắng đọng trên bùn điện cực âm; hỗ trợ liên kết; ổn định hiệu suất xử lý của điện cực và giúp cải thiện Hiệu suất chu trình pin; cải thiện độ bền vỏ của mảnh cực, v.v.
Hiệu suất và lựa chọn CMC
Thêm CMC khi tạo hỗn hợp điện cực có thể làm tăng độ nhớt của bùn và ngăn không cho bùn lắng xuống. CMC sẽ phân hủy các ion natri và anion trong dung dịch nước, độ nhớt của keo CMC sẽ giảm khi nhiệt độ tăng, dễ hút ẩm và có độ đàn hồi kém.
CMC có thể đóng một vai trò rất tốt trong việc phân tán than chì điện cực âm. Khi lượng CMC tăng lên, các sản phẩm phân hủy của nó sẽ bám vào bề mặt của các hạt than chì và các hạt than chì sẽ đẩy nhau do lực tĩnh điện, đạt được hiệu ứng phân tán tốt.
Nhược điểm rõ ràng của CMC là nó tương đối giòn. Nếu toàn bộ CMC được sử dụng làm chất kết dính, điện cực âm than chì sẽ bị xẹp trong quá trình ép và cắt mảnh cực, điều này sẽ gây thất thoát bột nghiêm trọng. Đồng thời, CMC bị ảnh hưởng lớn bởi tỷ lệ vật liệu điện cực và giá trị pH, tấm điện cực có thể bị nứt trong quá trình sạc và xả, ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn của pin.
Ban đầu, chất kết dính được sử dụng để khuấy điện cực âm là PVDF và các chất kết dính gốc dầu khác, nhưng xét đến vấn đề bảo vệ môi trường và các yếu tố khác, việc sử dụng chất kết dính gốc nước cho điện cực âm đã trở thành xu hướng chủ đạo.
Chất kết dính hoàn hảo không tồn tại, hãy cố gắng chọn chất kết dính đáp ứng các yêu cầu về xử lý vật lý và điện hóa. Với sự phát triển của công nghệ pin lithium, cũng như các vấn đề về chi phí và bảo vệ môi trường, chất kết dính gốc nước cuối cùng sẽ thay thế chất kết dính gốc dầu.
CMC hai quy trình sản xuất chính
Theo các phương tiện ether hóa khác nhau, sản xuất công nghiệp của CMC có thể được chia thành hai loại: phương pháp dựa trên nước và phương pháp dựa trên dung môi. Phương pháp sử dụng nước làm môi trường phản ứng được gọi là phương pháp môi trường nước, được sử dụng để sản xuất CMC môi trường kiềm và cấp thấp. Phương pháp sử dụng dung môi hữu cơ làm môi trường phản ứng được gọi là phương pháp dung môi, phù hợp để sản xuất CMC cấp trung và cao cấp. Hai phản ứng này được thực hiện trong máy nhào, thuộc quy trình nhào và hiện là phương pháp chính để sản xuất CMC.
Phương pháp trung bình nước: một quy trình sản xuất công nghiệp trước đó, phương pháp này là phản ứng với chất cellulose kiềm và chất ete hóa trong điều kiện kiềm tự do và nước, được sử dụng để điều chế các sản phẩm CMC cấp trung và cấp thấp, như chất tẩy rửa và chất định cỡ dệt. . Ưu điểm của phương pháp môi trường nước là yêu cầu thiết bị tương đối đơn giản và giá thành thấp; Nhược điểm là do thiếu một lượng lớn môi trường lỏng nên nhiệt sinh ra từ phản ứng làm tăng nhiệt độ và đẩy nhanh tốc độ của các phản ứng phụ, dẫn đến hiệu quả ete hóa thấp và chất lượng sản phẩm kém.
Phương pháp dung môi; Còn được gọi là phương pháp dung môi hữu cơ, nó được chia thành phương pháp nhào và phương pháp bùn tùy theo lượng chất pha loãng phản ứng. Đặc điểm chính của nó là các phản ứng kiềm hóa và ete hóa được thực hiện trong điều kiện dung môi hữu cơ làm môi trường phản ứng (chất pha loãng). Giống như quá trình phản ứng của phương pháp nước, phương pháp dung môi cũng gồm hai giai đoạn kiềm hóa và ete hóa, nhưng môi trường phản ứng của hai giai đoạn này là khác nhau. Ưu điểm của phương pháp dung môi là bỏ qua các quá trình ngâm, ép, nghiền và lão hóa kiềm vốn có trong phương pháp nước, đồng thời quá trình kiềm hóa và ete hóa đều được thực hiện trong máy nhào; Nhược điểm là khả năng kiểm soát nhiệt độ tương đối kém và yêu cầu về không gian tương đối kém. , chi phí cao hơn.
Thời gian đăng: Jan-05-2023