Применение связующего CMC в батареях

В качестве основного связующего материала отрицательных электродов на водной основе продукция КМЦ широко используется отечественными и зарубежными производителями аккумуляторов. Оптимальное количество связующего позволяет получить относительно большую емкость аккумулятора, длительный срок службы и относительно низкое внутреннее сопротивление.

Связующее вещество является одним из важных вспомогательных функциональных материалов в литий-ионных аккумуляторах. Он является основным источником механических свойств всего электрода и оказывает важное влияние на процесс производства электрода и электрохимические характеристики батареи. Сама связующая не имеет емкости и занимает очень небольшую долю в батарее.

В дополнение к адгезионным свойствам обычных связующих материалы связующих материалов для электродов литий-ионных аккумуляторов также должны быть способны противостоять набуханию и коррозии электролита, а также противостоять электрохимической коррозии во время заряда и разряда. Он остается стабильным в диапазоне рабочих напряжений, поэтому полимерных материалов, которые можно использовать в качестве связующих электродов для литий-ионных аккумуляторов, не так много.

В настоящее время широко используются три основных типа связующих для литий-ионных аккумуляторов: поливинилиденфторид (ПВДФ), эмульсия бутадиен-стирольного каучука (БСК) и карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Кроме того, определенный рынок занимают также полиакриловая кислота (ПАА), связующие на водной основе с полиакрилонитрилом (ПАН) и полиакрилатом в качестве основных компонентов.

Четыре характеристики CMC на уровне батареи

Из-за плохой растворимости в воде кислотной структуры карбоксиметилцеллюлозы, чтобы лучше ее применять, КМЦ является очень широко используемым материалом в производстве аккумуляторов.

В качестве основного связующего материала отрицательных электродов на водной основе продукция КМЦ широко используется отечественными и зарубежными производителями аккумуляторов. Оптимальное количество связующего позволяет получить относительно большую емкость аккумулятора, длительный срок службы и относительно низкое внутреннее сопротивление.

Четыре характеристики CMC:

Во-первых, КМЦ позволяет сделать продукт гидрофильным и растворимым, полностью растворимым в воде, без свободных волокон и примесей.

Во-вторых, степень замещения является однородной, а вязкость стабильной, что может обеспечить стабильную вязкость и адгезию.

В-третьих, производить продукцию высокой чистоты с низким содержанием ионов металлов.

В-четвертых, продукт хорошо совместим с латексом SBR и другими материалами.

Карбоксиметилцеллюлоза натрия CMC, используемая в аккумуляторе, качественно улучшила эффект от его использования и в то же время обеспечивает хорошие эксплуатационные характеристики с текущим эффектом использования.

Роль КМЦ в батареях

КМЦ представляет собой карбоксиметилированное производное целлюлозы, которое обычно получают взаимодействием природной целлюлозы с едкой щелочью и монохлоруксусной кислотой, а его молекулярная масса колеблется от тысяч до миллионов.

КМЦ представляет собой порошок от белого до светло-желтого цвета, гранулированное или волокнистое вещество, обладающее сильной гигроскопичностью и легко растворимое в воде. Когда он нейтральный или щелочной, раствор представляет собой жидкость высокой вязкости. Если его нагревать выше 80 ℃ в течение длительного времени, вязкость уменьшится, и он станет нерастворимым в воде. При нагревании до 190-205°С буреет, при нагревании до 235-248°С обугливается.

Поскольку КМЦ обладает функциями загущения, склеивания, удержания воды, эмульгирования и суспендирования в водном растворе, он широко используется в областях керамики, продуктов питания, косметики, печати и крашения, производства бумаги, текстиля, покрытий, клеев и медицины, а также в области высоких технологий. концевая керамика и литиевые батареи. На долю месторождения приходится около 7%, широко известного как «промышленный глутамат натрия».

В частности, в батарее функциями CMC являются: рассеивание активного материала отрицательного электрода и проводящего агента; загущающее и противоседиментационное действие на суспензию отрицательного электрода; помощь в сближении; стабилизация производительности обработки электрода и помощь в улучшении производительности цикла работы батареи; улучшить прочность полюсного наконечника на отслаивание и т. д.

Производительность и выбор CMC

Добавление КМЦ при приготовлении электродной суспензии может повысить вязкость суспензии и предотвратить ее осаждение. КМЦ будет разлагать ионы и анионы натрия в водном растворе, а вязкость клея КМЦ будет уменьшаться с повышением температуры, который легко впитывает влагу и имеет плохую эластичность.

КМЦ может сыграть очень хорошую роль в диспергировании графита отрицательного электрода. По мере увеличения количества КМЦ продукты его разложения будут прилипать к поверхности частиц графита, и частицы графита будут отталкивать друг друга из-за электростатической силы, достигая хорошего эффекта дисперсии.

Очевидным недостатком КМЦ является то, что он относительно хрупкий. Если в качестве связующего используется весь КМЦ, графитовый отрицательный электрод разрушится во время процесса прессования и резки полюсного наконечника, что приведет к серьезным потерям порошка. В то же время на ККМ сильно влияет соотношение материалов электродов и значение pH, а электродный лист может треснуть во время зарядки и разрядки, что напрямую влияет на безопасность аккумулятора.

Первоначально для перемешивания отрицательных электродов использовалось связующее вещество ПВДФ и другие связующие на масляной основе, но, учитывая защиту окружающей среды и другие факторы, стало распространенным использование связующих на водной основе для отрицательных электродов.

Идеального связующего не существует, постарайтесь выбрать связующее, отвечающее требованиям физической обработки и электрохимии. С развитием технологии литиевых батарей, а также проблемами стоимости и защиты окружающей среды связующие на водной основе в конечном итоге заменят связующие на масляной основе.

CMC два основных производственных процесса

В зависимости от различных сред этерификации промышленное производство КМЦ можно разделить на две категории: метод на основе воды и метод на основе растворителя. Метод с использованием воды в качестве реакционной среды называется методом водной среды, который используется для получения щелочной среды и низкосортной КМЦ. Метод использования органического растворителя в качестве реакционной среды называется растворяющим методом, который подходит для производства КМЦ среднего и высокого качества. Эти две реакции проводятся в месильной машине, которая относится к процессу замешивания и в настоящее время является основным методом получения КМЦ.

Метод водной среды: более ранний промышленный производственный процесс, метод заключается в взаимодействии щелочной целлюлозы и этерифицирующего агента в условиях свободной щелочи и воды, который используется для приготовления продуктов КМЦ среднего и низкого качества, таких как моющие средства и проклеивающие вещества для текстиля. Подождите. . Преимущество метода с водной средой состоит в том, что требования к оборудованию относительно просты, а стоимость невелика; недостатком является то, что из-за отсутствия большого количества жидкой среды выделяемое при реакции тепло повышает температуру и ускоряет скорость побочных реакций, что приводит к низкой эффективности этерификации и ухудшению качества продукта.

Растворительный метод; также известный как метод органических растворителей, он делится на метод замешивания и метод суспензии в зависимости от количества реакционного разбавителя. Его основная особенность состоит в том, что реакции подщелачивания и этерификации проводятся при условии использования в качестве реакционной среды (разбавителя) органического растворителя. Как и реакционный процесс водного метода, растворительный метод также состоит из двух стадий подщелачивания и этерификации, но реакционная среда этих двух стадий различна. Преимущество метода растворителя состоит в том, что в нем отсутствуют процессы вымачивания щелочью, прессования, измельчения и старения, присущие водному методу, а все процессы подщелачивания и этерификации выполняются в месильной машине; недостатком является то, что контроль температуры относительно плохой, а требования к пространству относительно низкие. , более высокая стоимость.