Aplicarea liantului CMC în baterii

Pe tărâmul tehnologiei bateriei, alegerea materialului de liant joacă un rol critic în determinarea performanței, stabilității și longevității bateriei.Carboximetil celuloză (CMC), un polimer solubil în apă derivat din celuloză, a apărut ca un liant promițător datorită proprietăților sale excepționale, cum ar fi rezistența ridicată la adeziune, o bună capacitate de formare a filmului și compatibilitatea mediului.

Cererea din ce în ce mai mare de baterii de înaltă performanță în diferite industrii, inclusiv automobile, electronice și energie regenerabilă, a determinat eforturi ample de cercetare pentru a dezvolta materiale și tehnologii de baterii noi. Printre componentele cheie ale unei baterii, liantul joacă un rol crucial în imobilizarea materialelor active pe colectorul curent, asigurând cicluri eficiente de încărcare și descărcare. Liantarii tradiționali, cum ar fi fluorura de poliviniliden (PVDF), au limitări în ceea ce privește impactul asupra mediului, proprietățile mecanice și compatibilitatea cu chimicale pentru baterii de generație următoare. Carboximetil celuloza (CMC), cu proprietățile sale unice, a apărut ca un material alternativ promițător de liant pentru îmbunătățirea performanței bateriei și a durabilității.

1.propertățile de celuloză carboximetil (CMC):
CMC este un derivat solubil în apă al celulozei, un polimer natural abundent în pereții celulelor vegetale. Prin modificarea chimică, grupările carboximetil (-CH2COOH) sunt introduse în coloana vertebrală a celulozei, ceea ce duce la o solubilitate îmbunătățită și proprietăți funcționale îmbunătățite. Unele proprietăți cheie ale CMC relevante pentru aplicarea sa în

（1） Bateriile includ:

Rezistență ridicată la adeziune: CMC prezintă proprietăți adezive puternice, permițându -i să lege eficient materialele active la suprafața de colecție curentă, îmbunătățind astfel stabilitatea electrodului.
Abilitate bună de formare a filmelor: CMC poate forma filme uniforme și dense pe suprafețele electrodului, facilitând încapsularea materialelor active și îmbunătățirea interacțiunii electrod-electrolitului.
Compatibilitatea mediului: ca polimer biodegradabil și non-toxic derivat din surse regenerabile, CMC oferă avantaje de mediu față de lianți sintetici precum PVDF.

2. Aplicarea liantului CMC în baterii:

（1） Fabricarea electrodului:

CMC este utilizat în mod obișnuit ca liant în fabricarea electrozilor pentru diverse chimice pentru baterii, inclusiv baterii cu litiu-ion (LIB), baterii cu ioni de sodiu (SIB) și supercapacitoare.
În LIBS, CMC îmbunătățește aderența dintre materialul activ (de exemplu, oxidul de cobalt de litiu, grafitul) și colectorul curent (de exemplu, folie de cupru), ceea ce duce la o integritate îmbunătățită a electrodului și la delaminarea redusă în timpul ciclului.
În mod similar, în SIB-uri, electrozii pe bază de CMC demonstrează o performanță îmbunătățită de stabilitate și ciclism în comparație cu electrozii cu lianți convenționali.
Capacitatea de formare a filmuluiCMCAsigură acoperirea uniformă a materialelor active pe colectorul curent, minimizarea porozității electrodului și îmbunătățind cinetica de transport ionic.

（2） Îmbunătățirea conductivității:

În timp ce CMC în sine nu este conductiv, încorporarea sa în formulările de electrozi poate îmbunătăți conductivitatea electrică generală a electrodului.
Strategii precum adăugarea de aditivi conductori (de exemplu, negru de carbon, grafen) alături de CMC au fost utilizate pentru a atenua impedanța asociată cu electrozii pe bază de CMC.
Sistemele de liant hibrid care combină CMC cu polimeri conductori sau nanomateriale de carbon au arătat rezultate promițătoare în îmbunătățirea conductivității electrodului fără a sacrifica proprietățile mecanice.

3. Stabilitatea electrodului și performanța ciclismului:

CMC joacă un rol crucial în menținerea stabilității electrodului și prevenirea detașării sau aglomerării materialelor active în timpul ciclismului.
Flexibilitatea și aderența robustă furnizată de CMC contribuie la integritatea mecanică a electrozilor, în special în condiții de stres dinamic în timpul ciclurilor de descărcare de sarcină.
Natura hidrofilă a CMC ajută la păstrarea electrolitului în structura electrodului, asigurând transportul ionic susținut și minimizarea capacității se estompează pe ciclismul prelungit.

4.Callege și perspective viitoare:

În timp ce aplicarea CMC Binder în Bateries oferă avantaje semnificative, mai multe provocări și oportunități de îmbunătățire

（1） există:

Conductivitate îmbunătățită: este necesară cercetări suplimentare pentru a optimiza conductivitatea electrozilor bazate pe CMC, fie prin formulări inovatoare de liant, fie prin combinații sinergice cu aditivi conductori.
Compatibilitatea cu Che de mare energie

Mistries: Utilizarea CMC în chimicele pentru baterii emergente cu densități energetice ridicate, cum ar fi litiu-sulf și baterii cu litiu-aer, necesită o examinare atentă a stabilității și performanței sale electrochimice.

（2） scalabilitate și rentabilitate:
Producția la scară industrială a electrozilor pe bază de CMC trebuie să fie viabilă din punct de vedere economic, necesitând căi de sinteză rentabile și procese de fabricație scalabile.

（3） Durabilitatea mediului:
În timp ce CMC oferă avantaje de mediu față de lianții convenționali, sunt justificate eforturile de îmbunătățire a sustenabilității, cum ar fi utilizarea surselor de celuloză reciclate sau dezvoltarea electroliților biodegradabili.

Carboximetil celuloză (CMC)Reprezintă un material de liant versatil și durabil, cu un potențial imens de avansare a tehnologiei bateriei. Combinația sa unică de rezistență adezivă, capacitate de formare a filmului și compatibilitatea mediului îl face o alegere atractivă pentru îmbunătățirea performanței și stabilității electrodului într-o serie de chimicale pentru baterii. Eforturile continue de cercetare și dezvoltare care vizează optimizarea formulărilor de electrozi bazate pe CMC, îmbunătățirea conductivității și abordarea provocărilor de scalabilitate vor deschide calea pentru adoptarea pe scară largă a CMC în bateriile de generație viitoare, contribuind la avansarea tehnologiilor cu energie curată.