CMC usa na indústria de baterias

O que é carboximetilcelulose sódica?

Carboximetilcelulose de sódio, (também chamada: Sal de sódio de carboximetilcelulose, Carboximetilcelulose, CMC, Carboximetil, CeluloseSódio, Sal de sódiodeCaboxiMetilCelulose) é o tipo de fibra mais utilizado no mundo, dosagem máxima.

Cmc-na é um derivado de celulose com grau de polimerização de 100 ~ 2.000 e peso molecular de 242,16.Pó branco fibroso ou granulado.Inodoro, insípido, insípido, higroscópico, insolúvel em solventes orgânicos.Este artigo visa principalmente compreender a aplicação da carboximetilcelulose de sódio em detalhes de baterias de íon de lítio.

Progresso na aplicação de carboximetilcelulose sódica CMCem baterias de íon de lítio

Atualmente, o fluoreto de polivinilideno [pVDF, (CH: A CF :)] é amplamente utilizado como aglutinante na produção de baterias de íon de lítio..O PVDF não é apenas caro, também precisa ser usado no processo de aplicação de explosivos, amigáveis ​​ao meio ambiente de solventes orgânicos, como N metil, que atende estritamente aos requisitos de alcano cetona (NMp) e umidade do ar para o processo de produção, também facilmente com incorporado lítio metálico, reação secundária de grafite de lítio, especialmente em condições de alta temperatura, um risco espontâneo de fuga térmica.A carboximetilcelulose de sódio (CMC), um aglutinante solúvel em água, é usada como substituto do pVDF para materiais de eletrodo, o que pode evitar o uso de NMp, reduzir custos e reduzir a poluição ambiental.Ao mesmo tempo, o processo de produção não necessita de umidade ambiental, mas também pode melhorar a capacidade da bateria, prolongar o ciclo de vida.Neste artigo, o papel do CMC no desempenho da bateria de íons de lítio foi revisado, e o mecanismo do CMC para melhorar o desempenho da bateria foi resumido a partir dos aspectos de estabilidade térmica, condutividade elétrica e características eletroquímicas.

1. Estrutura e atuação do CMC

1) Estrutura do CMC

O CMC é geralmente classificado por diferentes graus de substituição (Ds), e a morfologia e o desempenho do produto são grandemente afetados pelos Ds.LXie et al.estudaram o CMC com Ds de diferentes pares H de Na.Os resultados da análise SEM mostraram que o CMC-Li-1 (Ds = 1,00) apresentou estrutura granular e o CMC-Li-2 (Ds = 0,62) apresentou estrutura linear.A pesquisa de M. E et al comprovou que o CMC.Borracha de estireno butadieno (SBR) pode inibir a aglomeração de Li: O e estabilizar a estrutura da interface, o que é benéfico para o desempenho eletroquímico.

2) Desempenho do CMC

2.1)Estabilidade térmica

Zj Han et al.estudou a estabilidade térmica de diferentes ligantes.A temperatura crítica do pVDF é de cerca de 4500°C.Ao atingir 500°C, ocorre uma rápida decomposição e a massa é reduzida em cerca de 70%.Quando a temperatura atingiu 600°C, a massa foi reduzida ainda mais em 70%.Quando a temperatura atingiu 300oC, a massa de CMC-Li foi reduzida em 70%.Quando a temperatura atingiu 400°C, a massa de CMC-Li foi reduzida em 10%.O CMCLi é decomposto mais facilmente do que o pVDF no final da vida útil da bateria.

2.2)A condutividade elétrica

S. Chou et al.Os resultados dos testes mostraram que a resistividade do CMCLI-1, CMC-Li-2 e pVDF foi de 0,3154 Mn·m e 0,2634 Mn, respectivamente.M e 20,0365 Mn·m, indicando que a resistividade do pVDF é maior que a do CMCLi, a condutividade do CMC-LI é melhor que a do pVDF e a condutividade do CMCLI.1 é menor que a do CMCLI.2.

2.3)Desempenho eletroquímico

FM Courtel et al.estudaram as curvas de voltametria cíclica de eletrodos à base de polissulfonato (AQ) quando diferentes ligantes foram utilizados.Diferentes ligantes têm diferentes reações de oxidação e redução, portanto o potencial de pico é diferente.Entre eles, o potencial de oxidação do CMCLi é 2,15V e o potencial de redução é 2,55V.O potencial de oxidação e o potencial de redução do pVDF foram 2,605 V e 1,950 V respectivamente.Em comparação com as curvas de voltametria cíclica dos dois tempos anteriores, a diferença de potencial do pico de oxidação-redução quando o ligante CMCLi foi usado foi menor do que quando o pVDF foi usado, indicando que a reação foi menos dificultada e o ligante CMCLi foi mais propício para a ocorrência da reação de oxidação-redução.

2. Efeito de aplicação e mecanismo do CMC

1) Efeito de aplicação

Pj Suo et al.estudaram o desempenho eletroquímico de materiais compósitos Si/C quando pVDF e CMC foram usados ​​como ligantes, e descobriram que a bateria usando CMC tinha uma capacidade específica reversível de 700mAh/g pela primeira vez e ainda tinha 597mAh/g após ciclos de 4O, que foi superior à bateria usando pVDF.JH Lee et al.estudaram a influência do Ds do CMC na estabilidade da suspensão de grafite e acreditaram que a qualidade líquida da suspensão era determinada pelo Ds.Em baixo DS, o CMC possui fortes propriedades hidrofóbicas e pode aumentar a reação com a superfície do grafite quando a água é usada como meio.O CMC também tem vantagens na manutenção da estabilidade das propriedades cíclicas dos materiais anódicos de liga de silício-estanho.Os eletrodos de NiO foram preparados com diferentes concentrações (0,1mouL, 0,3mol/L e 0,5mol/L) de CMC e ligante pVDF, e carregados e descarregados a 1,5-3,5V com uma corrente de 0,1c.Durante o primeiro ciclo, a capacidade da célula ligante pVDF foi superior à da célula ligante CMC.Quando o número de ciclos atinge lO, a capacidade de descarga do ligante pVDF diminui obviamente.Após ciclos 4JD, as capacidades específicas de descarga dos ligantes 0,1movL, 0,3MOUL e 0,5MovLPVDF diminuíram para 250mAh/g, 157mAtv 'g e 102mAh/g, respectivamente: As capacidades específicas de descarga de baterias com 0,1 mol/L, 0,3 mol/L e 0,5 mol/ligante LCMC foram mantidos a 698mAh/g, 555mAh/ge 550mAh/g, respectivamente.

O aglutinante CMC é usado em LiTI0.: e nanopartículas de SnO2 na produção industrial.Usando CMC como aglutinante, LiFepO4 e Li4TI50l2 como materiais ativos positivos e negativos, respectivamente, e usando pYR14FS1 como eletrólito retardador de chama, a bateria foi ciclada 150 vezes a uma corrente de 0,1c a 1,5v ~ 3,5V em temperatura, e o específico positivo a capacitância foi mantida em 140mAh/g.Entre vários sais metálicos no CMC, o CMCLi introduz outros íons metálicos, que podem inibir a “reação de troca (vii)” no eletrólito durante a circulação.

2) Mecanismo de melhoria de desempenho

O aglutinante CMC Li pode melhorar o desempenho eletroquímico do eletrodo base AQ em bateria de lítio.M.E et al.-4 realizaram um estudo preliminar sobre o mecanismo e propuseram um modelo de distribuição de CMC-Li no eletrodo AQ.O bom desempenho do CMCLi vem do forte efeito de ligação das ligações de hidrogênio produzidas por um OH, o que contribui para a formação eficiente de estruturas de malha.O CMC-Li hidrofílico não se dissolve no eletrólito orgânico, por isso possui boa estabilidade na bateria e possui forte adesão à estrutura do eletrodo, o que faz com que a bateria tenha uma boa estabilidade.O ligante Cmc-li tem boa condutividade de Li porque há um grande número de grupos funcionais na cadeia molecular do CMC-Li.Durante a descarga, existem duas fontes de substâncias eficazes que atuam com o Li: (1) Li no eletrólito;(2) Li na cadeia molecular do CMC-Li próximo do centro efetivo da substância ativa.

A reação do grupo hidroxila e do grupo hidroxila no ligante carboximetil CMC-Li formará uma ligação covalente;Sob a ação da força do campo elétrico, U pode ser transferido para a cadeia molecular ou cadeia molecular adjacente, ou seja, a estrutura da cadeia molecular não será danificada;Eventualmente, Lj se ligará à partícula AQ.Isto indica que a aplicação de CMCLi não só melhora a eficiência de transferência de Li, mas também melhora a taxa de utilização de AQ.Quanto maior o conteúdo de cH:COOLi e 10Li na cadeia molecular, mais fácil é a transferência de Li.M.Arrmand et al.acreditavam que compostos orgânicos de -COOH ou OH poderiam reagir com 1 Li respectivamente e produzir 1 C00Li ou 1 0Li em baixo potencial.A fim de explorar ainda mais o mecanismo do ligante CMCLi no eletrodo, o CMC-Li-1 foi utilizado como material ativo e conclusões semelhantes foram obtidas.Li reage com um cH, COOH e um 0H do CMC Li e gera cH:COOLi e um 0” respectivamente, conforme mostrado nas equações (1) e (2)

À medida que o número de cH, COOLi e OLi aumenta, o DS do CMC-Li aumenta.Isto mostra que a camada orgânica composta principalmente por ligante de superfície de partículas AQ torna-se mais estável e mais fácil de transferir Li.CMCLi é um polímero condutor que fornece uma rota de transporte para o Li atingir a superfície das partículas AQ.Os ligantes CMCLi possuem boa condutividade eletrônica e iônica, o que resulta em bom desempenho eletroquímico e longo ciclo de vida dos eletrodos CMCLi.JS Bridel et al.preparou o ânodo da bateria de íon de lítio usando materiais compósitos de silício/carbono/polímero com diferentes ligantes para estudar a influência da interação entre silício e polímero no desempenho geral da bateria, e descobriu que o CMC teve o melhor desempenho quando usado como ligante.Existe uma forte ligação de hidrogênio entre o silício e o CMC, que tem capacidade de autocura e pode ajustar a tensão crescente do material durante o processo de ciclagem para manter a estabilidade da estrutura do material.Com o CMC como aglutinante, a capacidade do ânodo de silício pode ser mantida acima de 1000mAh/g em pelo menos 100 ciclos, e a eficiência de Coulomb é próxima de 99,9%.

3, conclusão

Como aglutinante, o material CMC pode ser usado em diferentes tipos de materiais de eletrodo, como grafite natural, microesferas de carbono mesofásicas (MCMB), titanato de lítio, material de ânodo à base de silício à base de estanho e material de ânodo de fosfato de ferro-lítio, que pode melhorar a bateria capacidade, estabilidade do ciclo e ciclo de vida em comparação com pYDF.É benéfico para a estabilidade térmica, condutividade elétrica e propriedades eletroquímicas dos materiais CMC.Existem dois mecanismos principais para o CMC melhorar o desempenho das baterias de íon de lítio:

(1) O desempenho de ligação estável do CMC cria um pré-requisito necessário para obter um desempenho estável da bateria;

(2) O CMC tem boa condutividade eletrônica e iônica e pode promover a transferência de Li