Применение связующего CMC в батареях

В области аккумуляторной технологии выбор связующего материала играет решающую роль в определении производительности, стабильности и долговечности батареи.Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), водорастворимый полимер, полученный из целлюлозы, стал многообещающим связующим благодаря своим исключительным свойствам, таким как высокая прочность сцепления, хорошая пленкообразующая способность и совместимость с окружающей средой.

Растущий спрос на высокопроизводительные аккумуляторы в различных отраслях, включая автомобилестроение, электронику и возобновляемые источники энергии, стимулировал обширные исследовательские усилия по разработке новых материалов и технологий для аккумуляторов. Среди ключевых компонентов батареи связующее играет решающую роль в иммобилизации активных материалов на токосъемнике, обеспечивая эффективные циклы зарядки и разрядки. Традиционные связующие, такие как поливинилиденфторид (ПВДФ), имеют ограничения с точки зрения воздействия на окружающую среду, механических свойств и совместимости с химическими составами аккумуляторов нового поколения. Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) с ее уникальными свойствами стала многообещающим альтернативным связующим материалом для улучшения характеристик и устойчивости аккумуляторов.

1.Свойства карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ):
КМЦ представляет собой водорастворимое производное целлюлозы, природного полимера, которого много в стенках растительных клеток. В результате химической модификации в основную цепь целлюлозы вводятся карбоксиметильные группы (-CH2COOH), что приводит к повышению растворимости и улучшению функциональных свойств. Некоторые ключевые свойства КМЦ, имеющие отношение к ее применению в

(1) аккумуляторы включают в себя:

Высокая прочность адгезии: КМЦ обладает сильными адгезионными свойствами, что позволяет эффективно связывать активные материалы с поверхностью токосъемника, тем самым улучшая стабильность электрода.
Хорошая пленкообразующая способность: КМЦ может образовывать однородные и плотные пленки на поверхностях электродов, облегчая инкапсуляцию активных материалов и улучшая взаимодействие электрод-электролит.
Экологическая совместимость: как биоразлагаемый и нетоксичный полимер, полученный из возобновляемых источников, КМЦ предлагает экологические преимущества по сравнению с синтетическими связующими, такими как ПВДФ.

2. Применение связующего CMC в батареях:

(1) Изготовление электродов:

КМЦ обычно используется в качестве связующего при изготовлении электродов для различных по химическому составу аккумуляторов, включая литий-ионные батареи (LIB), натрий-ионные батареи (SIB) и суперконденсаторы.
В ЛИА КМЦ улучшает адгезию между активным материалом (например, оксидом лития-кобальта, графитом) и токосъемником (например, медной фольгой), что приводит к повышению целостности электрода и уменьшению расслоения во время циклирования.
Аналогичным образом, в SIB электроды на основе КМЦ демонстрируют улучшенную стабильность и циклические характеристики по сравнению с электродами с обычными связующими.
Пленкообразующая способностьКМЦобеспечивает равномерное покрытие активных материалов на токоприемнике, минимизируя пористость электрода и улучшая кинетику транспорта ионов.

(2) Повышение проводимости:

Хотя КМЦ сама по себе не является проводящей, ее включение в рецептуры электродов может повысить общую электропроводность электрода.
Такие стратегии, как добавление проводящих добавок (например, технического углерода, графена) наряду с КМЦ, использовались для уменьшения импеданса, связанного с электродами на основе КМЦ.
Гибридные системы связующих, сочетающие КМЦ с проводящими полимерами или углеродными наноматериалами, показали многообещающие результаты в улучшении проводимости электродов без ущерба для механических свойств.

3. Стабильность электрода и производительность езды на велосипеде:

КМЦ играет решающую роль в поддержании стабильности электрода и предотвращении отслоения или агломерации активного материала во время циклирования.
Гибкость и прочная адгезия, обеспечиваемые CMC, способствуют механической целостности электродов, особенно в условиях динамического напряжения во время циклов зарядки-разрядки.
гидрофильная природа КМЦ помогает удерживать электролит в структуре электрода, обеспечивая устойчивый транспорт ионов и минимизируя снижение емкости при длительном циклическом использовании.

4.Вызовы и перспективы на будущее:

Хотя применение связующего CMC в батареях дает значительные преимущества, существует ряд проблем и возможностей для улучшения.

(1) существуют:

Повышенная проводимость: необходимы дальнейшие исследования для оптимизации проводимости электродов на основе КМЦ либо за счет инновационных составов связующих, либо синергетических комбинаций с проводящими добавками.
Совместимость с Высокоэнергетическим Че

Загадки: Использование КМЦ в новых химических батареях с высокой плотностью энергии, таких как литий-серные и литий-воздушные батареи, требует тщательного рассмотрения ее стабильности и электрохимических характеристик.

（2）Масштабируемость и экономическая эффективность:
Промышленное производство электродов на основе КМЦ должно быть экономически выгодным, что требует экономически эффективных способов синтеза и масштабируемых производственных процессов.

(3) Экологическая устойчивость:
Хотя CMC предлагает экологические преимущества по сравнению с обычными связующими, необходимы усилия по дальнейшему повышению устойчивости, такие как использование переработанных источников целлюлозы или разработка биоразлагаемых электролитов.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)представляет собой универсальный и устойчивый связующий материал с огромным потенциалом для развития аккумуляторных технологий. Его уникальное сочетание адгезионной прочности, пленкообразующей способности и совместимости с окружающей средой делает его привлекательным выбором для улучшения характеристик и стабильности электродов в различных химических составах аккумуляторов. Продолжающиеся усилия в области исследований и разработок, направленные на оптимизацию рецептуры электродов на основе КМЦ, улучшение проводимости и решение проблем масштабируемости, откроют путь к широкому внедрению КМЦ в батареях следующего поколения, способствуя развитию экологически чистых энергетических технологий.