CMC:tä käytetään akkuteollisuudessa

Mikä on natriumkarboksimetyyliselluloosa?

Natriumkarboksimetyyliselluloosa, (kutsutaan myös: karboksimetyyliselluloosan natriumsuola, karboksimetyyliselluloosa, CMC, karboksimetyyli, selluloosaNatrium, karboksimetyyliselluloosan natriumsuola) on maailman laajimmin käytetty kuitulaji, maksimiannos.

Cmc-na on selluloosajohdannainen, jonka polymerointiaste on 100-2000 ja molekyylipaino 242,16.Valkoinen kuitumainen tai rakeinen jauhe.Hajuton, mauton, mauton, hygroskooppinen, liukenematon orgaanisiin liuottimiin.Tämä artikkeli käsittelee pääasiassa natriumkarboksimetyyliselluloosan käyttöä litiumioniakkujen yksityiskohdissa.

Natriumkarboksimetyyliselluloosan käytön edistyminen CMClitiumioniakuissa

Tällä hetkellä polyvinylideenifluoridia [pVDF, (CH: A CF:)] käytetään laajalti sideaineena litiumioniakkujen valmistuksessa..PVDF ei ole vain kallista, vaan sitä on myös käytettävä levitysprosessissa räjähdysvaarallisia, ympäristöystävällisiä orgaanisia liuottimia, kuten N-metyyliä, jonka alkaaniketoni (NMp) ja ilman kosteusvaatimukset tuotantoprosessissa ovat tiukat, myös helposti upotettuina. metalli litium, litiumgrafiitti toissijainen reaktio, erityisesti tilassa korkeassa lämpötilassa, spontaani riski lämpö karkaa.Natriumkarboksimetyyliselluloosaa (CMC), vesiliukoista sideainetta, käytetään pVDF:n korvikkeena elektrodimateriaaleille, mikä voi välttää NMp:n käytön, vähentää kustannuksia ja vähentää ympäristön saastumista.Samaan aikaan tuotantoprosessi ei vaadi ympäristön kosteutta, mutta se voi myös parantaa akun kapasiteettia, pidentää syklin käyttöikää.Tässä artikkelissa tarkasteltiin CMC:n roolia litiumioniakun suorituskyvyssä ja tiivistettiin CMC:n mekanismi, joka parantaa akun suorituskykyä lämpöstabiilisuuden, sähkönjohtavuuden ja sähkökemiallisten ominaisuuksien näkökulmasta.

1. CMC:n rakenne ja suorituskyky

1) CMC-rakenne

CMC luokitellaan yleensä substituutioasteen (Ds) mukaan, ja D:t vaikuttavat suuresti tuotteen morfologiaan ja suorituskykyyn.LXie et ai.tutki CMC:tä eri Na:n H-parien D:illä.SEM-analyysitulokset osoittivat, että CMC-Li-1 (Ds = 1,00) esitti rakeisen rakenteen ja CMC-Li-2 (Ds = 0,62) lineaarisen rakenteen.M. E et al:n tutkimus osoitti, että CMC.Styreenibutadieenikumi (SBR) voi estää Li:O:n ​​agglomeroitumista ja stabiloida rajapintarakenteen, mikä on hyödyllistä sähkökemiallisen suorituskyvyn kannalta.

2) CMC-suorituskyky

2.1 )Lämpöstabiilisuus

Zj Han et ai.tutkii eri sideaineiden lämpöstabiilisuutta.pVDF:n kriittinen lämpötila on noin 4500C.Kun lämpötila saavutetaan 500 ℃, tapahtuu nopeaa hajoamista ja massa pienenee noin 70 %.Kun lämpötila saavutti 600 ℃, massa väheni edelleen 70 %.Kun lämpötila saavutti 300 oC, CMC-Li:n massa väheni 70 %.Kun lämpötila saavutti 400 ℃, CMC-Li:n massa väheni 10 %.CMCLi hajoaa helpommin kuin pVDF akun käyttöiän lopussa.

2.2 )Sähkönjohtavuus

S. Chou et ai.Testitulokset osoittivat, että CMCLI-1:n, CMC-Li-2:n ja pVDF:n resistiivisyys olivat 0,3154 Mn·m ja 0,2634 Mn, vastaavasti.M ja 20,0365 Mn·m, mikä osoittaa, että pVDF:n resistiivisyys on suurempi kuin CMCL:n, CMC-LI:n johtavuus on parempi kuin pVDF:n ja CMCLI.1:n johtavuus on pienempi kuin CMCLI.2:n.

2.3)Sähkökemiallinen suorituskyky

FM Courtel et ai.tutki polysulfonaattipohjaisten (AQ) elektrodien syklisiä voltammetriakäyriä, kun käytettiin erilaisia ​​sideaineita.Eri sideaineilla on erilaiset hapetus- ja pelkistysreaktiot, joten huippupotentiaali on erilainen.Niistä CMCL:n hapetuspotentiaali on 2,15 V ja pelkistyspotentiaali 2,55 V.pVDF:n hapetuspotentiaali ja pelkistyspotentiaali olivat vastaavasti 2,605 V ja 1,950 V.Verrattuna kahden edellisen ajan syklisiin voltammetriakäyriin, hapettumis-pelkistyshuippujen huippupotentiaaliero CMCLi-sideainetta käytettäessä oli pienempi kuin pVDF:ää käytettäessä, mikä osoittaa, että reaktio oli vähemmän estynyt ja CMCLi-sideaine suotuisampi hapetus-pelkistysreaktion esiintyminen.

2. CMC:n sovellusvaikutus ja mekanismi

1) Sovellusvaikutus

Pj Suo et ai.tutki Si/C-komposiittimateriaalien sähkökemiallista suorituskykyä, kun pVDF:tä ja CMC:tä käytettiin sideaineina, ja havaitsi, että CMC:tä käyttävän akun palautuva ominaiskapasiteetti oli ensimmäistä kertaa 700 mAh/g ja silti 597 mAh/g 4O-jaksojen jälkeen, mikä oli parempi kuin pVDF-akku.Jh Lee et ai.tutki CMC:n Ds:n vaikutusta grafiittisuspension stabiilisuuteen ja uskoi, että suspension nesteen laatu määräytyi Ds:n avulla.Alhaisessa DS:ssä CMC:llä on vahvat hydrofobiset ominaisuudet ja se voi lisätä reaktiota grafiitin pinnan kanssa, kun vettä käytetään väliaineena.CMC:llä on myös etuja piin ja tina-lejeeringin anodimateriaalien syklisten ominaisuuksien vakauden säilyttämisessä.NiO-elektrodit valmistettiin eri pitoisuuksilla (0,1 mol/l, 0,3 mol/l ja 0,5 mol/l) CMC- ja pVDF-sideaineella ja niitä ladattiin ja purettiin 1,5-3,5 V:lla 0,1 c:n virralla.Ensimmäisen syklin aikana pVDF-sidossolun kapasiteetti oli suurempi kuin CMC-sidoskennon.Kun syklien lukumäärä saavuttaa lO:n, pVDF-sideaineen purkauskapasiteetti pienenee selvästi.4JD-jaksojen jälkeen 0,1movL:n, 0,3MOUL:n ja 0,5MovLPVDF-sideaineen ominaispurkauskapasiteetit laskivat arvoon 250mAh/g, 157mAtv'g ja 102mAh/g. ja 0,5 mol/LCMC-sideainetta pidettiin arvoissa 698 mAh/g, 555 mAh/g ja 550 mAh/g, vastaavasti.

LiTI0:ssa käytetään CMC-sideainetta.: ja SnO2-nanohiukkaset teollisessa tuotannossa.Käyttämällä CMC:tä sideaineena, LiFepO4:a ja Li4TI50l2:ta positiivisina ja negatiivisina aktiivisina materiaaleina, ja käyttämällä pYR14FS1:tä paloa hidastavana elektrolyyttinä, akkua käytettiin 150 kertaa 0,1 c:n virralla 1,5 V - 3,5 V lämpötilassa ja positiivinen spesifinen. kapasitanssi pidettiin 140 mAh/g.Erilaisten CMC:n metallisuolojen joukossa CMCLi lisää muita metalli-ioneja, jotka voivat estää elektrolyytissä olevan "vaihtoreaktion (vii)" kierron aikana.

2) Suorituskyvyn parantamismekanismi

CMC Li -sideaine voi parantaa AQ-pohjaelektrodin sähkökemiallista suorituskykyä litiumakussa.M.E et ai.-4 suoritti alustavan tutkimuksen mekanismista ja ehdotti mallia CMC-Li:n jakautumisesta AQ-elektrodissa.CMCLi:n hyvä suorituskyky johtuu OH:n tuottamien vetysidosten vahvasta sidosvaikutuksesta, mikä edistää verkkorakenteiden tehokasta muodostumista.Hydrofiilinen CMC-Li ei liukene orgaaniseen elektrolyyttiin, joten sillä on hyvä stabiilius akussa ja sillä on vahva tarttuvuus elektrodirakenteeseen, mikä tekee akusta hyvän vakauden.Cmc-li-sideaineella on hyvä Li-johtavuus, koska CMC-Li:n molekyyliketjussa on suuri määrä funktionaalisia ryhmiä.Purkauksen aikana Li:n kanssa vaikuttavien tehokkaiden aineiden kaksi lähdettä: (1) Li elektrolyytissä;(2) Li CMC-Li:n molekyyliketjussa lähellä aktiivisen aineen tehollista keskustaa.

Hydroksyyliryhmän ja hydroksyyliryhmän reaktio karboksimetyyli-CMC-Li-sideaineessa muodostaa kovalenttisen sidoksen;Sähkökenttävoiman vaikutuksesta U voi siirtyä molekyyliketjussa tai viereisessä molekyyliketjussa, eli molekyyliketjun rakenne ei vaurioidu;Lopulta Lj sitoutuu AQ-partikkeliin.Tämä osoittaa, että CMCL:n käyttö ei ainoastaan ​​paranna Li:n siirtotehokkuutta, vaan myös parantaa AQ:n käyttöastetta.Mitä suurempi cH:n: COOLi- ja 10Li-pitoisuus molekyyliketjussa, sitä helpompi Li:n siirto.M. Arrmand et ai.uskoivat, että -COOH:n tai OH:n orgaaniset yhdisteet voisivat reagoida 1 Li:n kanssa ja tuottaa 1 C00Li tai 10Li pienellä potentiaalilla.CMCLi-sideaineen mekanismin tutkimiseksi elektrodissa CMC-Li-1:tä käytettiin aktiivisena materiaalina ja samanlaisia ​​johtopäätöksiä tehtiin.Li reagoi yhden cH:n, COOH:n ja yhden 0H:n kanssa CMC Li:stä ja muodostaa cH:n: COOLi ja yhden 0 "vastaavasti yhtälöjen (1) ja (2) mukaisesti.

Kun cH:n, COOLi:n ja OLi:n määrä kasvaa, CMC-Li:n DS kasvaa.Tämä osoittaa, että pääasiassa AQ-hiukkasten pintasideaineesta koostuva orgaaninen kerros muuttuu vakaammaksi ja helpommin siirrettäväksi Li.CMCLi on johtava polymeeri, joka tarjoaa Lille kuljetusreitin AQ-hiukkasten pinnalle.CMCLi-sideaineilla on hyvä elektroninen ja ionijohtavuus, mikä johtaa hyvään sähkökemialliseen suorituskykyyn ja CMCL-elektrodien pitkäkestoiseen käyttöikään.JS Bridel et ai.valmisti litiumioniakun anodin käyttämällä pii/hiili/polymeerikomposiittimateriaaleja eri sideaineilla tutkiakseen piin ja polymeerin välisen vuorovaikutuksen vaikutusta akun yleiseen suorituskykyyn ja havaitsi, että CMC:llä oli paras suorituskyky, kun sitä käytettiin sideaineena.Piin ja CMC:n välillä on vahva vetysidos, jolla on itsekorjautumiskyky ja joka voi säätää materiaalin kasvavaa jännitystä kiertoprosessin aikana materiaalirakenteen vakauden ylläpitämiseksi.CMC:tä sideaineena käytettäessä piianodin kapasiteetti voidaan pitää yli 1000 mAh/g vähintään 100 jaksossa, ja coulomb-tehokkuus on lähes 99,9 %.

3, johtopäätös

Sideaineena CMC-materiaalia voidaan käyttää erilaisissa elektrodimateriaaleissa, kuten luonnongrafiitissa, mesofaasihiilimikropalloissa (MCMB), litiumtitanaatissa, tinapohjaisessa piipohjaisessa anodimateriaalissa ja litiumrautafosfaattianodimateriaalissa, mikä voi parantaa akkua. kapasiteetti, syklin vakaus ja syklin käyttöikä verrattuna pYDF:ään.Se on hyödyllinen CMC-materiaalien lämmönkestävyydelle, sähkönjohtavuudelle ja sähkökemiallisille ominaisuuksille.CMC:llä on kaksi päämekanismia, jotka parantavat litiumioniakkujen suorituskykyä:

(1) CMC:n vakaa sidoskyky luo välttämättömän edellytyksen vakaan akun suorituskyvyn saavuttamiselle;

(2) CMC:llä on hyvä elektronien ja ionien johtavuus ja se voi edistää Li-siirtoa