A CMC-t az akkumulátoriparban használja

Mi az a nátrium-karboximetil-cellulóz?

Nátrium-karboximetil-cellulóz, (más néven: karboximetil-cellulóz nátriumsó, karboximetil-cellulóz, CMC, karboximetil, cellulózNátrium, nátrium-karboximetil-cellulóz) a világ legszélesebb körben használt rosttípusa, maximális adagolása.

A Cmc-na egy cellulózszármazék, amelynek polimerizációs foka 100-2000 és molekulatömege 242,16.Fehér rostos vagy szemcsés por.Szagtalan, íztelen, íztelen, higroszkópos, szerves oldószerekben nem oldódik.Ez a cikk elsősorban a nátrium-karboxi-metil-cellulóz lítium-ion akkumulátorokban való alkalmazásának megértését célozza.

Előrelépés a nátrium-karboxi-metil-cellulóz alkalmazásában CMClítium-ion akkumulátorokban

Jelenleg a polivinilidén-fluoridot [pVDF, (CH: A CF:)] széles körben használják kötőanyagként a lítium-ion akkumulátorok gyártásában..A PVDF nemcsak drága, hanem robbanásveszélyes, környezetbarát szerves oldószereket, például N-metilt is fel kell használni, amely az alkán-keton (NMp) és a levegő páratartalma szigorúan a gyártási folyamathoz szükséges, könnyen beágyazható. fém-lítium, lítium-grafit másodlagos reakció, különösen magas hőmérséklet esetén, spontán hőkifutás veszélye.A nátrium-karboxi-metil-cellulózt (CMC), egy vízben oldódó kötőanyagot, a pVDF helyettesítőjeként használják az elektródaanyagoknál, ami elkerülheti az NMp használatát, csökkenti a költségeket és csökkenti a környezetszennyezést.Ugyanakkor a gyártási folyamat nem igényel környezeti páratartalmat, de javíthatja az akkumulátor kapacitását, meghosszabbíthatja a ciklus élettartamát.Ebben a cikkben áttekintettük a CMC szerepét a lítium-ion akkumulátor teljesítményében, és összefoglaltuk a CMC akkumulátor teljesítményt javító mechanizmusát a hőstabilitás, az elektromos vezetőképesség és az elektrokémiai jellemzők szempontjából.

1. A CMC felépítése és teljesítménye

1) CMC szerkezet

A CMC-t általában a szubsztitúció különböző foka (Ds) szerint osztályozzák, és a termék morfológiáját és teljesítményét nagymértékben befolyásolja a D-k.LXie et al.tanulmányozta a CMC-t különböző Na H-párok D-jeivel.A SEM analízis eredményei azt mutatták, hogy a CMC-Li-1 (Ds = 1,00) szemcsés szerkezetet, a CMC-Li-2 (Ds = 0,62) pedig lineáris szerkezetet mutatott be.M. E és munkatársai kutatásai bebizonyították, hogy a CMC.A sztirol-butadién gumi (SBR) gátolhatja a Li:O agglomerációját és stabilizálja az interfész szerkezetét, ami előnyös az elektrokémiai teljesítmény szempontjából.

2) CMC teljesítmény

2.1 )Hőstabilitás

Zj Han és mtsai.különböző kötőanyagok termikus stabilitását tanulmányozta.A pVDF kritikus hőmérséklete körülbelül 4500 C.500 ℃ elérésekor gyors bomlás következik be, és a tömeg körülbelül 70%-kal csökken.Amikor a hőmérséklet elérte a 600 ℃-ot, a tömeg tovább csökkent 70%-kal.Amikor a hőmérséklet elérte a 300 oC-ot, a CMC-Li tömege 70%-kal csökkent.Amikor a hőmérséklet elérte a 400 ℃-ot, a CMC-Li tömege 10%-kal csökkent.A CMCLi könnyebben lebomlik, mint a pVDF az akkumulátor élettartamának végén.

2.2 )Az elektromos vezetőképesség

S. Chou et al.A teszt eredményei azt mutatták, hogy a CMCLI-1, a CMC-Li-2 és a pVDF fajlagos ellenállása 0,3154 Mn·m, illetve 0,2634 Mn volt.M és 20,0365 Mn·m, ami azt jelzi, hogy a pVDF ellenállása nagyobb, mint a CMCL-é, a CMC-LI vezetőképessége jobb, mint a pVDF-é, és a CMCLI.1 vezetőképessége kisebb, mint a CMCLI.2-é.

2.3)Elektrokémiai teljesítmény

FM Courtel et al.poliszulfonát (AQ) alapú elektródák ciklikus voltammetriás görbéit tanulmányozta, amikor különböző kötőanyagokat használtak.A különböző kötőanyagok eltérő oxidációs és redukciós reakciókkal rendelkeznek, így a csúcspotenciál eltérő.Közülük a CMCL oxidációs potenciálja 2,15 V, a redukciós potenciálja 2,55 V.A pVDF oxidációs és redukciós potenciálja 2,605 V, illetve 1,950 V volt.Összehasonlítva az előző két idő ciklikus voltammetriás görbéivel, az oxidációs-redukciós csúcs csúcspotenciálkülönbsége CMCLi kötőanyag használatakor kisebb volt, mint pVDF használatakor, ami azt jelzi, hogy a reakció kevésbé akadályozott, és a CMCLi kötőanyag jobban elősegíti a az oxidációs-redukciós reakció bekövetkezése.

2. A CMC alkalmazási hatása és mechanizmusa

1) Alkalmazási hatás

Pj Suo et al.tanulmányozta a Si/C kompozit anyagok elektrokémiai teljesítményét, amikor pVDF-et és CMC-t használtak kötőanyagként, és azt találta, hogy a CMC-t használó akkumulátor reverzibilis fajlagos kapacitása először 700 mAh/g volt, és 4O ciklus után is 597 mAh/g volt. jobb volt, mint a pVDF-et használó akkumulátor.Jh Lee et al.tanulmányozta a CMC Ds hatását a grafitszuszpenzió stabilitására, és úgy vélte, hogy a szuszpenzió folyadékminőségét a Ds határozza meg.Alacsony DS mellett a CMC erős hidrofób tulajdonságokkal rendelkezik, és fokozhatja a reakciót a grafitfelülettel, ha vizet használnak közegként.A CMC előnyei a szilícium-ón ötvözetből készült anódanyagok ciklikus tulajdonságainak stabilitásának megőrzésében is.A NiO elektródákat különböző koncentrációjú (0,1mouL, 0,3mol/L és 0,5mol/L) CMC és pVDF kötőanyaggal készítettük elő, és 1,5-3,5 V-on töltöttük és kisüttük 0,1c áramerősséggel.Az első ciklus során a pVDF kötősejt kapacitása nagyobb volt, mint a CMC kötősejt kapacitása.Amikor a ciklusok száma eléri az lO-t, a pVDF kötőanyag kisülési kapacitása nyilvánvalóan csökken.4JD ciklusok után a 0.1movL, 0.3MOUL és 0.5MovLPVDF kötőanyagok fajlagos kisütési kapacitása 250mAh/g-ra, 157mAtv 'g és 102mAh/g-ra csökkent: A 0.1 moL/0-es akkumulátorok kisütési fajlagos kapacitása.3 moL,/0 és 0,5 mol/LCMC kötőanyagot 698 mAh/g, 555 mAh/g és 550 mAh/g értéken tartottunk.

A LiTI0-on CMC kötőanyagot használnak.: és SnO2 nanorészecskék az ipari termelésben.CMC-t használva kötőanyagként, LiFepO4-et és Li4TI50l2-t pozitív és negatív aktív anyagként, valamint pYR14FS1-et égésgátló elektrolitként használva az akkumulátort 150-szer ciklikusan 0,1c árammal 1,5V ~ 3,5V hőmérsékleten, és a pozitív fajlagos. a kapacitást 140 mAh/g értéken tartottuk.A CMC-ben található különféle fémsók közül a CMCLi más fémionokat is bevezet, amelyek gátolhatják a „cserereakciót (vii)” az elektrolitban a keringés során.

2) A teljesítmény javításának mechanizmusa

A CMC Li kötőanyag javíthatja az AQ alapelektródák elektrokémiai teljesítményét a lítium akkumulátorban.M.E et al.-4 előzetes tanulmányt végzett a mechanizmusról, és modellt javasolt a CMC-Li eloszlására az AQ elektródában.A CMCLi jó teljesítménye az OH által létrehozott hidrogénkötések erős kötő hatásából adódik, amely hozzájárul a hálós szerkezetek hatékony kialakításához.A hidrofil CMC-Li nem oldódik fel a szerves elektrolitban, ezért jó az akkumulátor stabilitása, és erősen tapad az elektróda szerkezetéhez, ami jó stabilitást biztosít az akkumulátornak.A Cmc-li kötőanyag jó Li vezetőképességgel rendelkezik, mivel a CMC-Li molekulaláncában nagyszámú funkciós csoport található.A kisütés során két hatékony anyagforrás hat a Li-re: (1) Li az elektrolitban;(2) Li a CMC-Li molekulaláncán a hatóanyag hatásos központja közelében.

A hidroxilcsoport és a hidroxilcsoport reakciója karboximetil-CMC-Li kötőanyagban kovalens kötést hoz létre;Az elektromos térerő hatására U átjuthat a molekulaláncra vagy a szomszédos molekulaláncra, vagyis a molekulalánc szerkezete nem sérül;Végül Lj kötődni fog az AQ részecskéhez.Ez azt jelzi, hogy a CMCL alkalmazása nemcsak a Li átviteli hatékonyságát javítja, hanem az AQ kihasználtságát is.Minél magasabb a cH: COOLi és 10Li tartalom a molekulaláncban, annál könnyebb a Li transzfer.M. Arrmand et al.úgy gondolták, hogy a -COOH vagy OH szerves vegyületei reagálhatnak 1 Li-vel, és alacsony potenciál mellett 1 C00Li vagy 10Li képződhetnek.Az elektródában lévő CMCLi kötőanyag mechanizmusának további feltárása érdekében CMC-Li-1-et használtunk aktív anyagként, és hasonló következtetésekre jutottunk.Li reagál egy cH-val, COOH-val és egy 0H-val a CMC Li-ből, és cH-t generál: COOLi és egy 0 ", amint azt az (1) és (2) egyenlet mutatja.

A cH, COOLi és OLi számának növekedésével a CMC-Li DS értéke nő.Ez azt mutatja, hogy a főként AQ szemcsés felületi kötőanyagból álló szerves réteg stabilabbá válik, és könnyebben átadható a Li.A CMCLi egy vezetőképes polimer, amely szállítási útvonalat biztosít a Li számára, hogy elérje az AQ részecskék felületét.A CMCLi kötőanyagok jó elektronikus és ionos vezetőképességgel rendelkeznek, ami jó elektrokémiai teljesítményt és a CMCLi elektródák hosszú élettartamát eredményezi.JS Bridel et al.elkészítette a lítium-ion akkumulátor anódját szilícium/szén/polimer kompozit anyagok felhasználásával, különböző kötőanyagokkal, hogy tanulmányozza a szilícium és a polimer közötti kölcsönhatás hatását az akkumulátor általános teljesítményére, és megállapította, hogy a CMC teljesítménye a legjobb, ha kötőanyagként használták.Erős hidrogénkötés van a szilícium és a CMC között, amely öngyógyító képességgel rendelkezik, és képes szabályozni az anyag növekvő feszültségét a ciklus során, hogy megőrizze az anyag szerkezetének stabilitását.CMC-vel mint kötőanyaggal a szilícium anód kapacitása 1000mAh/g felett tartható legalább 100 ciklus alatt, a coulomb hatásfoka pedig megközelíti a 99,9%-ot.

3, következtetés

Kötőanyagként a CMC-anyag különféle típusú elektródaanyagokban használható, például természetes grafitban, mezofázisú szén-mikrogömbökben (MCMB), lítium-titanátban, ónalapú szilícium-alapú anódanyagban és lítium-vas-foszfát-anód anyagban, amelyek javíthatják az akkumulátort kapacitás, ciklusstabilitás és ciklusélettartam a pYDF-hez képest.Előnyös a CMC anyagok hőstabilitása, elektromos vezetőképessége és elektrokémiai tulajdonságai szempontjából.A CMC két fő mechanizmussal javítja a lítium-ion akkumulátorok teljesítményét:

(1) A CMC stabil kötési teljesítménye szükséges előfeltételt teremt az akkumulátor stabil teljesítményének eléréséhez;

(2) A CMC jó elektron- és ionvezető képességgel rendelkezik, és elősegítheti a Li transzfert