本文關(guān)鍵詞：高粘度羧甲基纖維素鈉合成工藝及其在硅負(fù)極中應(yīng)用研究

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【摘要】：羧甲基纖維素鈉(sodium carboxymethelcellulose,CMC)是一種普遍應(yīng)用在各個行業(yè)的天然高分子鈉鹽,如:食品添加劑,石油工業(yè)中的成稠劑,電池電極粘結(jié)劑等。其合成工藝是以天然纖維素為原料,經(jīng)過堿化、醚化兩個反應(yīng)過程得到的羧甲基化衍生物。本文采用溶媒淤漿法,以棉漿粕為原料制備可用于高端電極粘結(jié)劑的高粘度CMC,系統(tǒng)地研究了影響CMC產(chǎn)品性質(zhì)的各項工藝條件。同時以新型鋰離子電池負(fù)極硅基材料作為研究對象開展了CMC-Si體系的作用機制研究,分析了CMC在不同種緩沖鹽調(diào)漿體系下對硅基負(fù)極材料體積膨脹的抑制作用。論文取得的研究結(jié)果如下:首先,系統(tǒng)地研究了電池級高粘度CMC的合成工藝,重點研究了溶劑的種類、堿化溫度、堿化時間、醚化溫度、醚化時間、堿醚比、體系水含量等因素的影響。確定了以異丙醇作為反應(yīng)溶劑,堿化溫度35℃,醚化溫度55℃,堿化時間1.5h,醚化時間2h,氯乙酸鈉/棉漿粕質(zhì)量比為1.2等,為合成電池級高粘度CMC的最佳工藝條件,在此工藝條件下合成CMC的粘度值大幅提高,2%水溶液粘度值可達(dá)20000m Pa·s以上。同時對實驗室合成的系列CMC產(chǎn)品的氯含量、耐酸性、耐鹽性、取代度、粘度、分子量進(jìn)行了相應(yīng)檢測,結(jié)果表明此工藝條件下合成的CMC品質(zhì)完全滿足作為電池級高粘度粘結(jié)劑所要求的各項指標(biāo)。其次,將合成的高粘度CMC產(chǎn)品應(yīng)用到鋰離子電池電極的制備,并將硅基材料作為活性負(fù)極,重點探討了CMC在硅基負(fù)極材料中的粘結(jié)機制,并通過電池的電化學(xué)循環(huán)性能檢測評估了CMC的粘結(jié)性能。研究了羥基脂肪酸緩沖鹽體系在硅基界面作用機理,探究了酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、乳酸的分子結(jié)構(gòu)對CMC和Si的界面連接方式以及成鍵形式的影響,并采用了紅外光譜、掃描電鏡、電化學(xué)測試儀對三者之間的作用機理進(jìn)行了驗證。發(fā)現(xiàn)酒石酸效果最佳,其按碳數(shù)平均的羥基含量是:0.5個羥基/每個C,羧基含量是:0.5個羧基/每個C,此羥基脂肪酸緩沖鹽體系下各組分含量分別為Si:CB:CMC=7:2:1,電池經(jīng)過45次充放電循環(huán)之后,容量仍然保持在800m Ah/g以上。羥基脂肪羧酸分子中的羥基、羧基能與CMC中的羧基、硅表面的羥基分別進(jìn)行酯化反應(yīng)形成酯鍵,起到粘結(jié)“搭橋”的作用,增強了CMC與Si之間的作用力,使得CMC分子能夠緊緊地錨鏈在硅基表面,減弱了Si的體積膨脹效應(yīng),從而電池展現(xiàn)出良好電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ314.1

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本文編號：1270319