배터리에 CMC 바인더의 적용

배터리 기술 영역에서 바인더 재료의 선택은 배터리의 성능, 안정성 및 수명을 결정하는 데 중요한 역할을합니다.카르복시 메틸 셀룰로오스 (CMC), 셀룰로오스로부터 유래 된 수용성 중합체는 높은 접착력 강도, 우수한 필름 형성 능력 및 환경 적 호환성과 같은 탁월한 특성으로 인해 유망한 바인더로 나타났다.

자동차, 전자 제품 및 재생 가능 에너지를 포함한 다양한 산업 분야의 고성능 배터리에 대한 수요가 증가함에 따라 새로운 배터리 재료 및 기술을 개발하기위한 광범위한 연구 노력을 기반으로했습니다. 배터리의 주요 구성 요소 중에서 바인더는 활성 재료를 현재 수집기에 고정시키는 데 중요한 역할을하여 효율적인 충전 및 방전 사이클을 보장합니다. 폴리 비닐 리덴 불소 (PVDF)와 같은 전통적인 결합제는 환경 영향, 기계적 특성 및 차세대 배터리 화학과의 호환성 측면에서 한계가 있습니다. 고유 한 특성을 가진 카르복시 메틸 셀룰로오스 (CMC)는 배터리 성능과 지속 가능성을 향상시키기위한 유망한 대안 바인더 재료로 부상했습니다.

1. 카르복시 메틸 셀룰로오스 (CMC)의 단점 :
CMC는 식물 세포벽에 풍부한 천연 중합체 인 셀룰로오스의 수용성 유도체이다. 화학적 변형을 통해, 카르복시 메틸기 (-CH2COOH)가 셀룰로오스 골격에 도입되어 용해도가 향상되고 기능적 특성이 향상됩니다. 응용 프로그램과 관련된 CMC의 일부 주요 속성

(1) 배터리는 다음과 같습니다.

높은 접착력 강도 : CMC는 강한 접착제 특성을 나타내므로 활성 재료가 전류 수집기 표면에 효과적으로 결합하여 전극 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
우수한 필름 형성 능력 : CMC는 전극 표면에 균일하고 조밀 한 필름을 형성하여 활성 재료의 캡슐화를 용이하게하고 전극 전해질 상호 작용을 향상시킬 수 있습니다.
환경 적 호환성 : 재생 가능한 공급원으로부터 파생 된 생분해 성 및 비 독성 중합체로서 CMC는 PVDF와 같은 합성 결합제에 비해 환경 적 이점을 제공합니다.

2. 배터리에서 CMC 바인더 응용 프로그램 :

(1) 전극 제조 :

CMC는 일반적으로 리튬 이온 배터리 (LIB), 나트륨 이온 배터리 (SIBS) 및 슈퍼 커패시터를 포함한 다양한 배터리 화학에 대한 전극 제조에서 바인더로 사용됩니다.
LIBS에서 CMC는 활성 물질 (예 : 리튬 코발트 산화물, 흑연)과 전류 수집기 (예 : 구리 포일) 사이의 접착력을 개선하여 전극 무결성을 향상시키고 사이클링 중에 분해가 감소합니다.
유사하게, SIB에서, CMC 기반 전극은 종래의 결합제를 갖는 전극에 비해 개선 된 안정성 및 사이클링 성능을 보여줍니다.
영화 형성 능력CMC전류 수집기에서 활성 재료의 균일 한 코팅을 보장하여 전극 다공성을 최소화하고 이온 수송 동역학을 개선합니다.

(2) 전도도 향상 :

CMC 자체 자체는 전도성이 아니지만, 전극 제형으로의 혼입은 전극의 전체 전기 전도도를 향상시킬 수있다.
CMC와 함께 전도성 첨가제 (예 : Carbon Black, Graphene)의 첨가와 같은 전략은 CMC 기반 전극과 관련된 임피던스를 완화하기 위해 사용되었습니다.
CMC를 전도성 폴리머 또는 탄소 나노 물질과 결합한 하이브리드 바인더 시스템은 기계적 특성을 희생하지 않고 전극 전도도를 개선하는 유망한 결과를 보여 주었다.

3. 전극 안정성 및 사이클링 성능 :

CMC는 전극 안정성을 유지하고 사이클링 동안 활성 재료 분리 또는 응집을 방지하는 데 중요한 역할을합니다.
CMC에 의해 제공되는 유연성과 강력한 접착은 특히 전하 차지 사이클 동안 동적 응력 조건 하에서 전극의 기계적 무결성에 기여한다.
CMC의 친수성 특성은 전극 구조 내에서 전해질을 유지하여 지속적인 이온 수송을 보장하고 장기 사이클링에서 용량을 최소화하는 데 도움이됩니다.

4. 도전 및 미래의 관점 :

배터리에 CMC 바인더를 적용하면 상당한 장점, 몇 가지 도전과 개선 기회가 제공됩니다.

(1) 존재 :

향상된 전도도 : 혁신적인 바인더 제형 또는 전도성 첨가제와의 상승적 조합을 통해 CMC 기반 전극의 전도도를 최적화하기 위해 추가 연구가 필요합니다.
고 에너지 Che와의 호환성

오해 : 리튬-설퍼 및 리튬 공기 배터리와 같은 높은 에너지 밀도를 갖는 신흥 배터리 화학에서 CMC의 활용은 안정성과 전기 화학적 성능을 신중하게 고려해야합니다.

(2) 확장 성 및 비용 효율성 :
CMC 기반 전극의 산업 규모 생산은 경제적으로 실행 가능해야하므로 비용 효율적인 합성 경로와 확장 가능한 제조 공정이 필요합니다.

(3) 환경 지속 가능성 :
CMC는 기존의 바인더에 비해 환경 적 이점을 제공하지만, 재활용 셀룰로오스 공급원을 활용하거나 생분해 성 전해질을 개발하는 것과 같은 지속 가능성을 향상시키기위한 노력이 필요합니다.

카르복시 메틸 셀룰로오스 (CMC)배터리 기술을 발전시킬 수있는 엄청난 잠재력을 가진 다목적이고 지속 가능한 바인더 재료를 나타냅니다. 접착력 강도, 필름 형성 능력 및 환경 적 호환성의 독특한 조합은 다양한 배터리 화학 물질에 걸쳐 전극 성능과 안정성을 향상시키는 데 매력적인 선택입니다. CMC 기반 전극 제형 최적화, 전도성 향상 및 확장 성 문제 해결을 목표로 한 지속적인 연구 및 개발 노력은 차세대 배터리에서 CMC를 광범위하게 채택하여 청정 에너지 기술의 발전에 기여하는 길을 열어 줄 것입니다.