【摘要】 主要研究了新型CMC-Li的合成方法，采用不同取代度的水性离子纤维素醚CMC-Li代替CMC-Na作为锂电池负极材料粘结剂，使用水作为分散剂组装电池并测试相关电化学性能。

以棉花和乙醇锂为原料，通过两步反应合成得到羧甲基纤维素锂（CMC-Li），并将其用作锂电池负极中的水基粘合剂。

 

主要研究了新型CMC-Li的合成方法，采用不同取代度的水性离子纤维素醚CMC-Li代替CMC-Na作为锂电池负极材料粘结剂，使用水作为分散剂组装电池并测试相关电化学性能。

 

与使用CMC-Na作为粘结剂的锂离子电池相比，CMC-Li作为锂电池的补锂粘结剂具有更好的电化学性能。可使电池内阻降低10%左右，显着改善析锂现象，氧化还原峰降低50%至0.20V，阻抗也显着改善，降低50%以上。

 

同等条件下，循环周期可达2500圈，寿命提高20%以上，补锂效果明显。表明CMC-Li作为粘结剂可以大大提高整个锂电池中锂离子的含量，并提高离子电导率和离子传导速率，这进一步验证了补锂粘结剂的优势。

图1.纤维素粉、CMC-Li的红外光谱图【1】

 

从图1可以看出，CMC-Li是由纤维素粉末发生化学反应形成的。但由于CMC-Li的特征基团峰与CMC-Na的特征基团峰非常接近，仅峰强度随取代度的变化而变化，而CMC-H的特征基团峰与CMC-Na的特征基团峰明显不同。

 

表明酸化后CMC-Na的分子结构发生了明显变化。此外，CMC-H不溶于水。 CMC-H在坩埚中700℃灼烧30分钟，未发现残留物，表明酸化后的CMC-H中没有CMC-Na残留。

 

图2.以CMC-Na和CMC-Li为粘结剂的电极片的XRD图谱（PDF#40-1499为LiFePO4的标准XRD，“♥”为Li3P（114）的标准XRD，“◆”为标准Li2O2 (114)) 的 XRD【1】

 

以CMC-Na和CMC-Li为粘结剂、LFP为正极材料的电极片的XRD图中（图2），除了完全包含LFP的标准XRD峰外，还存在包含Li化合物的XRD峰。

 

此外，作为粘合剂样品的CMC-Li在2θ约65.7°、78.6°处呈现出典型的衍射峰，对应于Li3P和Li2O2晶体的(114)面，因此推测其发生了化学变化。采用独特的两步法合成了新型材料水溶性离子纤维素衍生物CMC-Li。

 

以LFP为正极材料，CMC-Na和CMC-Li为粘结剂应用于负极材料电池，组合结果CMC-Li作为粘结剂具有更高的充放电平台、更小的极化度、降低内阻、更好的可逆性，优越的电化学性能。

 

同等条件下，循环周期可达2500圈，寿命提高20%以上，补锂效果明显。表明CMC-Li作为粘结剂可以大大增加整个锂电池中锂离子的含量，并提高离子电导率和离子传导速率，这进一步验证了补锂粘结剂的优势。

 

同时，CMC-Li 更便宜、更环保、易降解，更安全，也被应用于其他领域。

 

【1】Qiu L, Yang W, Hu X B, et al. High performance study of lithium carboxymethylcellulose as water‐soluble binder for lithium supplementation in lithium batteries[J]. Starch‐Stärke, 2022, 74(7-8): 2200049.

 

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