Применение связующего вещества КМЦ в аккумуляторах

В области аккумуляторных технологий выбор связующего материала играет решающую роль в определении производительности, стабильности и долговечности аккумулятора.Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), водорастворимый полимер, полученный из целлюлозы, стал перспективным связующим веществом благодаря своим исключительным свойствам, таким как высокая прочность адгезии, хорошая пленкообразующая способность и экологическая безопасность.

Растущий спрос на высокопроизводительные батареи в различных отраслях промышленности, включая автомобилестроение, электронику и возобновляемую энергетику, стимулировал обширные исследовательские усилия по разработке новых материалов и технологий для батарей. Среди ключевых компонентов батареи связующее вещество играет решающую роль в иммобилизации активных материалов на токосъемнике, обеспечивая эффективные циклы заряда и разряда. Традиционные связующие вещества, такие как поливинилиденфторид (ПВДФ), имеют ограничения с точки зрения воздействия на окружающую среду, механических свойств и совместимости с химическими составами батарей следующего поколения. Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) с ее уникальными свойствами стала многообещающим альтернативным связующим материалом для улучшения производительности и устойчивости батареи.

1.Свойства карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ):
CMC — это водорастворимое производное целлюлозы, природного полимера, распространенного в стенках растительных клеток. Благодаря химической модификации карбоксиметильные группы (-CH2COOH) вводятся в целлюлозный остов, что приводит к повышению растворимости и улучшению функциональных свойств. Некоторые ключевые свойства CMC, имеющие отношение к ее применению в

（1）В комплект аккумуляторов входят:

Высокая прочность адгезии: КМЦ проявляет сильные адгезионные свойства, что позволяет ему эффективно связывать активные материалы с поверхностью токосъемника, тем самым повышая стабильность электрода.
Хорошая пленкообразующая способность: КМЦ может образовывать равномерные и плотные пленки на поверхности электродов, облегчая инкапсуляцию активных материалов и улучшая взаимодействие электрода с электролитом.
Экологическая совместимость: КМЦ — это биоразлагаемый и нетоксичный полимер, получаемый из возобновляемых источников, который обладает экологическими преимуществами по сравнению с синтетическими связующими, такими как ПВДФ.

2.Применение связующего вещества КМЦ в аккумуляторах:

（1）Изготовление электродов:

КМЦ обычно используется в качестве связующего при изготовлении электродов для различных химических аккумуляторов, включая литий-ионные аккумуляторы (ЛИА), натрий-ионные аккумуляторы (НИА) и суперконденсаторы.
В LIB КМЦ улучшает адгезию между активным материалом (например, оксидом лития-кобальта, графитом) и токосъемником (например, медной фольгой), что приводит к повышению целостности электрода и снижению расслоения во время циклирования.
Аналогично, в SIB электроды на основе КМЦ демонстрируют улучшенную стабильность и циклируемость по сравнению с электродами с обычными связующими.
Пленкообразующая способностьКМЦобеспечивает равномерное нанесение активных материалов на токосъемник, минимизируя пористость электрода и улучшая кинетику переноса ионов.

（2）Улучшение проводимости:

Хотя сам по себе КМЦ не является проводником, его включение в состав электродов может повысить общую электропроводность электрода.
Для снижения импеданса, связанного с электродами на основе КМЦ, использовались такие стратегии, как добавление проводящих добавок (например, сажи, графена) наряду с КМЦ.
Гибридные связующие системы, сочетающие КМЦ с проводящими полимерами или углеродными наноматериалами, показали многообещающие результаты в улучшении проводимости электродов без ущерба для механических свойств.

3. Стабильность электрода и циклические характеристики:

КМЦ играет решающую роль в поддержании стабильности электрода и предотвращении отслоения или агломерации активного материала во время циклирования.
Гибкость и прочная адгезия, обеспечиваемые КМЦ, способствуют механической целостности электродов, особенно в условиях динамических нагрузок во время циклов заряда-разряда.
Гидрофильная природа КМЦ помогает удерживать электролит в структуре электрода, обеспечивая устойчивый перенос ионов и сводя к минимуму снижение емкости при длительном циклировании.

4.Проблемы и перспективы на будущее:

Хотя применение связующего вещества КМЦ в аккумуляторах дает существенные преимущества, существует ряд проблем и возможностей для улучшения.

（1）существуют:

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

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

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

（3）Экологическая устойчивость:
Хотя КМЦ обладает экологическими преимуществами по сравнению с традиционными 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, способности к образованию пленки и экологической совместимости делает его привлекательным выбором для повышения производительности и стабильности электродов в ряде химических составов аккумуляторов. Продолжение исследований и разработок, направленных на оптимизацию рецептур электродов на основе КМЦ, улучшение проводимости и решение проблем масштабируемости, проложит путь для широкого внедрения КМЦ в аккумуляторах следующего поколения, способствуя развитию технологий чистой энергии.