CMC uporablja v industriji baterij

Kaj je natrijeva karboksimetil celuloza?

Natrijeva karboksimetil celuloza (imenovana tudi: natrijeva sol karboksimetil celuloze, karboksimetil celuloza, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) je najbolj razširjena vrsta vlaken na svetu z največjim odmerkom.

Cmc-na je derivat celuloze s stopnjo polimerizacije 100~2000 in molekulsko maso 242,16.Bel vlaknast ali zrnat prah.Brez vonja, okusa, brez okusa, higroskopičen, netopen v organskih topilih.Ta dokument je namenjen predvsem razumevanju uporabe natrijeve karboksimetil celuloze v podrobnostih o litij-ionski bateriji.

Napredek pri uporabi natrijeve karboksimetil celuloze CMCv litij-ionskih baterijah

Trenutno se poliviniliden fluorid [pVDF, (CH: A CF:)] pogosto uporablja kot vezivo pri proizvodnji litij-ionskih baterij..PVDF ni samo drag, temveč ga je treba uporabiti tudi v procesu uporabe eksplozivnih, okolju prijaznih organskih topil, kot je N-metil, ki je alkan keton (NMp) in stroge zahteve glede vlažnosti zraka za proizvodni proces, tudi enostavno z vgrajenim kovinski litij, litijev grafit sekundarna reakcija, zlasti v pogojih visoke temperature, spontano tveganje toplotnega pobega.Natrijeva karboksimetil celuloza (CMC), vodotopno vezivo, se uporablja kot nadomestek pVDF za elektrodne materiale, s čimer se lahko izognemo uporabi NMp, zmanjšamo stroške in zmanjšamo onesnaževanje okolja.Hkrati proizvodni proces ne zahteva okoljske vlažnosti, lahko pa tudi izboljša zmogljivost baterije in podaljša življenjsko dobo.V tem prispevku je bila pregledana vloga CMC pri delovanju litij-ionske baterije, mehanizem CMC, ki izboljšuje učinkovitost baterije, pa je bil povzet z vidika toplotne stabilnosti, električne prevodnosti in elektrokemičnih lastnosti.

1. Zgradba in delovanje CMC

1) Struktura CMC

CMC je na splošno razvrščen glede na različne stopnje substitucije (Ds), Ds pa močno vpliva na morfologijo in učinkovitost izdelka.LXie et al.proučevali CMC z Ds različnih H parov Na.Rezultati analize SEM so pokazali, da ima CMC-Li-1 (Ds = 1,00) zrnato strukturo, CMC-Li-2 (Ds = 0,62) pa linearno strukturo.Raziskava M. E et al je dokazala, da CMC.Stiren butadien kavčuk (SBR) lahko zavira aglomeracijo Li: O in stabilizira strukturo vmesnika, kar je koristno za elektrokemično delovanje.

2) Učinkovitost CMC

2.1 )Toplotna stabilnost

Zj Han idr.proučevali termično stabilnost različnih veziv.Kritična temperatura pVDF je okoli 4500C.Ko doseže 500 ℃, pride do hitrega razpada in masa se zmanjša za približno 70%.Ko je temperatura dosegla 600 ℃, se je masa dodatno zmanjšala za 70 %.Ko je temperatura dosegla 300 oC, se je masa CMC-Li zmanjšala za 70 %.Ko je temperatura dosegla 400 ℃, se je masa CMC-Li zmanjšala za 10%.CMCLi se ob koncu življenjske dobe baterije lažje razgradi kot pVDF.

2.2 )Električna prevodnost

S. Chou et al.Rezultati testiranja so pokazali, da je bila upornost CMCLI-1, CMC-Li-2 in pVDF 0,3154 Mn·m oziroma 0,2634 Mn.M in 20,0365 Mn·m, kar kaže, da je upornost pVDF višja od upornosti CMCLi, prevodnost CMC-LI boljša od prevodnosti pVDF in prevodnost CMCLI.1 nižja od prevodnosti CMCLI.2.

2.3)Elektrokemična zmogljivost

FM Courtel et al.preučevali ciklične voltametrične krivulje elektrod na osnovi polisulfonata (AQ), kadar so bila uporabljena različna veziva.Različna veziva imajo različne reakcije oksidacije in redukcije, zato je potencial vrha različen.Med njimi je oksidacijski potencial CMCLi 2,15 V, redukcijski potencial pa 2,55 V.Oksidacijski potencial in redukcijski potencial pVDF sta bila 2,605 V oziroma 1,950 V.V primerjavi s cikličnima voltametričnima krivuljama prejšnjih dveh časov je bila razlika najvišjega potenciala oksidacijsko-redukcijskega vrha, ko je bilo uporabljeno vezivo CMCLi, manjša od tiste, ko je bilo uporabljeno pVDF, kar kaže, da je bila reakcija manj ovirana in je vezivo CMCLi bolj ugodno za pojav oksidacijsko-redukcijske reakcije.

2. Aplikacijski učinek in mehanizem CMC

1) Učinek aplikacije

Pj Suo et al.proučevali elektrokemično delovanje Si/C kompozitnih materialov, ko sta bila pVDF in CMC uporabljena kot veziva, in ugotovili, da ima baterija, ki uporablja CMC, prvič reverzibilno specifično kapaciteto 700 mAh/g in še vedno 597 mAh/g po 40 ciklih, kar je bil boljši od baterije, ki uporablja pVDF.Jh Lee et al.proučevali vpliv D CMC na stabilnost grafitne suspenzije in verjeli, da je kakovost tekočine suspenzije določena z Ds.Pri nizki DS ima CMC močne hidrofobne lastnosti in lahko poveča reakcijo s površino grafita, če se kot medij uporablja voda.CMC ima tudi prednosti pri ohranjanju stabilnosti cikličnih lastnosti anodnih materialov iz zlitine silicija in kositra.Elektrode NiO so bile pripravljene z različnimi koncentracijami (0,1 mouL, 0,3 mol/L in 0,5 mol/L) veziva CMC in pVDF ter napolnjene in praznjene pri 1,5–3,5 V s tokom 0,1 c.Med prvim ciklom je bila zmogljivost vezivne celice pVDF višja od zmogljivosti vezivne celice CMC.Ko število ciklov doseže 10, se zmogljivost praznjenja veziva pVDF očitno zmanjša.Po ciklih 4JD so se specifične zmogljivosti praznjenja veziv 0,1 moL, 0,3 MOUL in 0,5 MovLPVDF zmanjšale na 250 mAh/g, 157 mAtv 'g oziroma 102 mAh/g: specifične kapacitete praznjenja baterij z 0,1 moL/L, 0,3 moL/L in 0,5 mol/LCMC vezivo vzdržujemo pri 698 mAh/g, 555 mAh/g oziroma 550 mAh/g.

CMC vezivo se uporablja na LiTI0.: in nanodelci SnO2 v industrijski proizvodnji.Z uporabo CMC kot veziva, LiFepO4 in Li4TI50l2 kot pozitivnih oziroma negativnih aktivnih materialov in z uporabo pYR14FS1 kot elektrolita, ki zavira gorenje, je bila baterija 150-krat ciklično obtokovana pri toku 0,1 c pri 1,5 V ~ 3,5 V pri temperaturi in pozitivno specifično kapacitivnost je bila vzdrževana pri 140 mAh/g.Med različnimi kovinskimi solmi v CMC CMCLi uvaja druge kovinske ione, ki lahko zavirajo "reakcijo izmenjave (vii)" v elektrolitu med kroženjem.

2) Mehanizem izboljšanja uspešnosti

CMC Li vezivo lahko izboljša elektrokemično delovanje osnovne elektrode AQ v litijevi bateriji.M. E et al.-4 je izvedel predhodno študijo o mehanizmu in predlagal model porazdelitve CMC-Li v elektrodi AQ.Dobra učinkovitost CMCLi izhaja iz močnega veznega učinka vodikovih vezi, ki jih proizvaja OH, kar prispeva k učinkoviti tvorbi mrežastih struktur.Hidrofilni CMC-Li se ne raztopi v organskem elektrolitu, zato ima dobro stabilnost v bateriji in ima močan oprijem na strukturo elektrode, zaradi česar ima baterija dobro stabilnost.Vezivo Cmc-li ima dobro Li prevodnost, ker je na molekularni verigi CMC-Li veliko funkcionalnih skupin.Med praznjenjem obstajata dva vira učinkovitih snovi, ki delujeta z Li: (1) Li v elektrolitu;(2) Li na molekularni verigi CMC-Li blizu učinkovitega središča aktivne snovi.

Reakcija hidroksilne skupine in hidroksilne skupine v vezivu karboksimetil CMC-Li bo tvorila kovalentno vez;Pod delovanjem sile električnega polja se lahko U prenese na molekularno verigo ali sosednjo molekularno verigo, kar pomeni, da struktura molekularne verige ne bo poškodovana;Sčasoma se bo Lj povezal z delcem AQ.To kaže, da uporaba CMCLi ne samo izboljša učinkovitost prenosa Li, ampak tudi izboljša stopnjo izkoriščenosti AQ.Višja kot je vsebnost cH:COOLi in 10Li v molekulski verigi, lažji je prenos Li.M. Arrmand et al.je verjel, da lahko organske spojine -COOH ali OH reagirajo z 1 Li in proizvedejo 1 C00Li ali 1 0Li pri nizkem potencialu.Za nadaljnje raziskovanje mehanizma veziva CMCLi v elektrodi je bil kot aktivni material uporabljen CMC-Li-1 in pridobljeni so bili podobni zaključki.Li reagira z enim cH, COOH in enim 0H iz CMC Li in ustvari cH: COOLi oziroma en 0, kot je prikazano v enačbah (1) in (2)

Ko se število cH, COOLi in OLi poveča, se DS CMC-Li poveča.To kaže, da postane organska plast, sestavljena predvsem iz površinskega veziva delcev AQ, bolj stabilna in lažja za prenos Li.CMCLi je prevodni polimer, ki zagotavlja transportno pot za Li, da doseže površino delcev AQ.Veziva CMCLi imajo dobro elektronsko in ionsko prevodnost, kar ima za posledico dobro elektrokemično delovanje in dolgo življenjsko dobo elektrod CMCLi.JS Bridel et al.pripravili anodo litij-ionske baterije z uporabo kompozitnih materialov silicij/ogljik/polimer z različnimi vezivi, da bi preučili vpliv interakcije med silicijem in polimerom na celotno zmogljivost baterije in ugotovili, da ima CMC najboljšo učinkovitost, če se uporablja kot vezivo.Med silicijem in CMC obstaja močna vodikova vez, ki ima sposobnost samozdravljenja in lahko prilagodi naraščajočo obremenitev materiala med postopkom kroženja, da ohrani stabilnost strukture materiala.S CMC kot vezivom je mogoče ohraniti kapaciteto silicijeve anode nad 1000 mAh/g v vsaj 100 ciklih, kulonska učinkovitost pa je blizu 99,9 %.

3, zaključek

Kot vezivo se material CMC lahko uporablja v različnih vrstah elektrodnih materialov, kot so naravni grafit, mezofazne ogljikove mikrosfere (MCMB), litijev titanat, anodni material na osnovi silicija na osnovi kositra in anodni material litij-železov fosfat, kar lahko izboljša akumulator zmogljivost, stabilnost cikla in življenjsko dobo cikla v primerjavi s pYDF.Ugodno vpliva na toplotno stabilnost, električno prevodnost in elektrokemijske lastnosti CMC materialov.Obstajata dva glavna mehanizma za CMC za izboljšanje učinkovitosti litij-ionskih baterij:

(1) Stabilna zmogljivost lepljenja CMC ustvarja nujen predpogoj za doseganje stabilne učinkovitosti baterije;

(2) CMC ima dobro elektronsko in ionsko prevodnost in lahko spodbuja prenos Li