Нанесение связующего CMC в батареях

В сфере технологии аккумуляторов выбор материала связующего играет важную роль в определении производительности, стабильности и долговечности батареи.Карбоксиметил целлюлоза (CMC), водорастворимый полимер, полученный из целлюлозы, стал перспективным связующим из-за его исключительных свойств, таких как высокая прочность на адгезию, хорошая способность к формированию пленки и совместимость с окружающей средой.

Растущий спрос на высокопроизводительные батареи в различных отраслях, включая автомобильную, электронику и возобновляемую энергию, стимулировал обширные исследовательские усилия по разработке новых аккумуляторных материалов и технологий. Среди ключевых компонентов аккумулятора связывание играет решающую роль в иммобилизации активных материалов на текущем коллекционере, обеспечивая эффективные циклы заряда и разгрузки. Традиционные связующие, такие как поливинилиденно-фторид (PVDF), имеют ограничения с точки зрения воздействия на окружающую среду, механических свойств и совместимости с химическими батареями следующего поколения. Карбоксиметил целлюлоза (CMC) с его уникальными свойствами стала многообещающим альтернативным материалом связующего для повышения производительности и устойчивости аккумулятора.

1. Пропертизации карбоксиметил целлюлозы (CMC):
CMC является водорастворимым производным целлюлозы, естественным полимером, обильным в клеточных стенках растений. Благодаря химической модификации карбоксиметильные группы (-CH2COOH) вводятся в целлюлозу, что приводит к повышению растворимости и улучшению функциональных свойств. Некоторые ключевые свойства CMC, относящиеся к его применению в

（1) Батареи включают:

Высокая прочность на адгезии: CMC демонстрирует сильные клейкие свойства, что позволяет эффективно связывать активные материалы с поверхностью коллектора тока, тем самым улучшая стабильность электрода.
Хорошая способность формирования пленки: CMC может образовывать однородные и плотные пленки на поверхностях электродов, облегчая инкапсуляцию активных материалов и усиление взаимодействия электрода-электролита.
Совместимость окружающей среды: в качестве биоразлагаемого и нетоксичного полимера, полученного из возобновляемых источников, CMC предлагает экологические преимущества по сравнению с синтетическими связями, такими как PVDF.

2. Применение связующего CMC в батареи:

（1) Изготовление электродов:

CMC обычно используется в качестве связующего при изготовлении электродов для различных химических батарей, включая литий-ионные батареи (LIBS), батареи натрия (SIBS) и суперконденсаторы.
В LIBS CMC улучшает адгезию между активным материалом (например, оксид литий -кобальта, графит) и токовым коллекционером (например, медная фольга), что приводит к повышенной целостности электрода и снижению расслаивания во время циклирования.
Аналогичным образом, в SIBS электроды на основе CMC демонстрируют улучшенную стабильность и циклические характеристики по сравнению с электродами с обычными связующими.
Способность к формированию фильмаCMCОбеспечивает равномерное покрытие активных материалов на током коллекционере, минимизируя электродную пористость и улучшая кинетику переноса ионов.

（2) Повышение проводимости:

Хотя сам CMC не является проводящим, его включение в составы электродов может повысить общую электрическую проводимость электрода.
Такие стратегии, как добавление проводящих добавок (например, углеродного черного, графена), наряду с CMC, были использованы для смягчения импеданса, связанного с электродами на основе CMC.
Гибридные системы связующих, комбинирующие CMC с проводящими полимерами или углеродными наноматериалами, показали многообещающие результаты в улучшении электродной проводимости без жертвы механических свойств.

3. Стабильностьэлектрода и производительность велосипедов:

CMC играет решающую роль в поддержании стабильности электрода и предотвращении отрыва или агломерации активного материала во время езды на велосипеде.
Гибкость и надежная адгезия, обеспечиваемая CMC, способствуют механической целостности электродов, особенно в условиях динамического напряжения во время циклов разряда заряда.
Гидрофильная природа CMC помогает в сохранении электролита внутри электродной структуры, обеспечивая устойчивый перенос ионов и минимизацию промысла в течение длительного велосипеда.

4. Главные и будущие перспективы:

В то время как применение связующего CMC в батареях предлагает значительные преимущества, несколько проблем и возможностей для улучшения

（1) существует:

Повышенная проводимость: необходимы дальнейшие исследования для оптимизации проводимости электродов на основе CMC, либо посредством инновационных составов связующих, либо синергетических комбинаций с проводящими добавками.
Совместимость с высокоэнергетической CHE

Плохи: использование CMC в появляющихся химиях батареи с высокой плотностью энергии, такими как литий-сальфур и литий-воздушные батареи, требует тщательного рассмотрения его стабильности и электрохимических характеристик.

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

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

Карбоксиметил целлюлоза (CMC)представляет собой универсальный и устойчивый материал для связующего с огромным потенциалом для продвижения технологии батареи. Его уникальная комбинация прочности клеев, способности к формированию пленки и совместимости окружающей среды делает его привлекательным выбором для повышения производительности и стабильности электрода в ряде химии батареи. Продолжающиеся исследования в области исследований и разработок, направленные на оптимизацию составов электродов на основе CMC, улучшение проводимости и решение проблем масштабируемости, проложит путь для широкого распространения CMC в батареях следующего поколения, что способствует продвижению технологий чистой энергии.