羧甲基纖維素鈉在鋰離子電池中應用的進展

目前，鋰離子電池生產(chǎn)普遍采用聚偏氟乙烯［PVDF，（CH：一CF：）］作為粘結(jié)劑…。PVDF不僅價格昂貴，在應用過程中還需要使用易爆、對環(huán)境不友好的有機溶劑，如N甲基毗咯烷酮（NMP），對生產(chǎn)工藝的空氣濕度要求嚴格，還容易與金屬鋰、嵌鋰石墨發(fā)生二次反應，特別是在高溫狀態(tài)下，有自發(fā)熱失控的風險_2J。水溶性的粘結(jié)劑羧甲基纖維素鈉（CMC）作為PVDF的替代品用于電極材料，可避免NMP的使用，降低成本，減少環(huán)境污染；同時，生產(chǎn)工藝對環(huán)境濕度沒有要求，還可提高電池的容量，延長循環(huán)壽命。本文作者綜述了CMC在鋰離子電池性能中所起的作用，從熱穩(wěn)定性、導電性和電化學特性等方面，對CMC提升電池性能的機理進行總結(jié)。

1、CMC的結(jié)構(gòu)和性能

1）CMC的結(jié)構(gòu)

CMC一般按不同的取代度（Ds）分類，產(chǎn)品形貌和性能受Ds的影響很大。LXie等研究了具有不同H對Na的Ds的CMC，SEM分析結(jié)果表明：CMC-Li-1（DS=1．00）呈粒狀結(jié)構(gòu)，CMC-Li-2（DS=0．62）呈線狀結(jié)構(gòu)。M．He等研究證明：CMC．丁苯橡膠（SBR）有利于抑制Li：O的團聚，并能穩(wěn)定界面結(jié)構(gòu)，有利于電化學性能的發(fā)揮。

2）CMC的性能

熱穩(wěn)定性

z．J．Han等研究了不同粘結(jié)劑的熱穩(wěn)定性。PVDF的臨界溫度約為4500C；當達到500℃時，發(fā)生快速分解，質(zhì)量減輕約70％；當溫度達600℃時，質(zhì)量在此基礎(chǔ)上又減輕了70％。當溫度達到300oC時，CMC．Li發(fā)生快速的分解，質(zhì)量減輕了70％，到400℃時，質(zhì)量在此基礎(chǔ)上又減輕了10％。CMC—Li在電池壽命結(jié)束后，相對于PVDF更易于分解。

導電性

s．LChou等的測試結(jié)果表明：CMC—Li-1、CMC-Li-2和PVDF的電阻率分別為0．3154Mn·m、0．2634Mn。m和》20．0365Mn·m，說明PVDF的電阻率高于CMC—Li，CMC-Li的導電性優(yōu)于PVDF，CMCLi．1的導電性要低于CMCLi．2。

3)電化學性能

F．M．Courtel等研究了使用不同粘結(jié)劑時，聚磺酸酯（AQ）基電極的循環(huán)伏安曲線。不同的粘結(jié)劑氧化和還原反應不同，因此峰值電位不同，其中，CMC—Li的氧化電位為2.15V，還原電位為2.55V；PVDF的氧化電位為2．605V，還原電位為1．950V。對比前兩次的循環(huán)伏安曲線可知，使用CMC—Li粘結(jié)劑時，氧化一還原峰的峰值電位差小于使用PVDF時，說明反應受到的阻礙更小，CMC—Li粘結(jié)劑更利于氧化還原反應的發(fā)生。