LU600900B1 - Ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Eisen(II)-Oxalat - Google Patents
Ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Eisen(II)-OxalatInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer hohlen Struktur Eisen-Oxalat-Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien, die auf dem technischen Gebiet der Lithium-Ionen-Batterien gehört. Mit Hilfe der Ultraschallverstärkungstechnologie macht die vorliegende Erfindung Gebrauch von der einzigartigen Energieumgebung unter dem Ultraschallkavitationssystem, um die kombinatorische Anordnung zwischen Eisen(II)-Ionen, Oxalat-Ionen und Wassermolekülen zu regulieren und um die Kavitationsblasen herum zu keimen und zu wachsen, wodurch eine Hohlstruktur gebildet wird, die wiederum die Dichte der aktiven Stellen in Kontakt mit Lithium-Ionen im Lade- und Entladeprozess erhöht. Die vorliegende Erfindung überwindet die Probleme eines einzigen Lithium-Ionen-Diffusionsweges, weniger aktiver Stellen an der Teilchenoberflächengrenzfläche und der geringen Stabilität der Teilchenstruktur des Eisenoxalatmaterials und verbessert die Lithium-Ionen-Diffusionsrate und die elektrochemische Stabilität des Materials erheblich und erhöht die Vielseitigkeit und die Zyklenleistung des Materials als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien, indem sie die Mikro-Nanostrukturen der Teilchen, die internen und externen Diffusionskanäle und die strukturelle Konstruktion der Oberflächengrenzfläche umfassend berücksichtigt.
Description
Ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Battertd/600900 mit einer hohlen Struktur aus Fisen(II)-Oxalat
Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials fiir eine Lithium-lonen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Fisen(IT)-Oxalat, das zum technischen
Gebiet der Lithium-Ionen-Batterie gehört.
Technologie im Hintergrund
Herkommliche fossile Energie ist nicht erneuerbar und ihre Nutzung wird die Umwelt ernsthaft verschmutzen, wir müssen dringend eine neue nachhaltige Energienutzungskette aufbauen und verbessern. Energiespeicher auf der Grundlage von Lithium-Ionen-Batterien sind der Schlussel zum Aufbau eines komplementären Energiesystems aus Wind-, Licht- und Talstrom.
Daher ist die Erforschung von Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien zu einem wichtigen
Bestandteil der nachhaltigen Energienutzung geworden.
Gegenwärtig wird die Erforschung von Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich in folgende Kategorien unterteilt: Einfügungstyp (Graphit, TiO2, Li4sTisO12),
Legierungstyp (Si, Sn, Al usw.) und Umwandlungsreaktionstyp (FeO, NiO, CoO usw.) entsprechend dem Reaktionsmechanismus der Materialien. Die Anodenmaterialien des
Umwandlungsreaktionstyps werden hauptsächlich durch Übergangsmetalloxide repräsentiert, auf deren Grundlage auch die leichter herzustellenden Ubergangsmetalloxygenate als
Anodenmaterialien für Lithiumionenbatterien verwendet werden. Eisenoxalat-Material ist aufgrund seiner großen Energiedichte, seiner geringen Volumenausdehnung und der Fähigkeit, eine Lithium-Speicherkapazität von 1000 mAh/g zu erreichen, eine bessere Wahl für den kurzfristigen Bau von Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Kapazität, aber Eisenoxalat-
Anodenmaterial hat immer noch die folgenden Probleme: instabile Struktur des Materials, schlechte elektrochemische Reaktivität, geringe Zyklenstabilität und schlechte
Multiplizitätsleistung. Daher sollte die Verbesserung der Leistung von FeC204-Anodenmaterialien unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Zyklenstabilität, der Multiplizitätsleistung und der
Erhöhung des Lithium-Speicherkanals der Materialien betrachtet werden.
Inhalt der Erfindung
Um die Probleme der geringen elektrochemischen Reaktionsaktivität, der schlechten
Zyklenstabilität und des hohen Kapazitätsverlustes zu überwinden, die durch die schlechte morphologische und strukturelle Stabilität von Eisen(II)-Oxalat-Materialien im Stand der Technik verursacht werden, bietet die vorliegende Erfindung Ein Verfahren zur Herstellung eines
Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Fisen(IT)-Oxalat durch Ultraschall-Kavitationsintensivierung.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende technische Lösung erreicht.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Fisen(IT)-Oxalat, dessen spezifische Schritte wie folgt sind: (1) Fügen Sie lösliches Fisen(II)-Salz und Antioxalsäure zu einer entionisierten Wasserlösung hinzu und behandeln Sie es unter Ultraschallbedingungen bei einer Frequenz von 20 kHz ~ 100 kHz, bis es vollständig gelöst ist, um eine FEisen(Il)-Salzlésung zu erhalten, wobei das
Massenverhältnis von löslichem Eisen(IT)-Salz und entionisiertem Wasser 1:5 ~ 1:1 beträgt; (2) Lösen Sie feste Oxalsäure in FEthanollosung und rühren Sie unter
Raumtemperaturbedingungen bis zur vollständigen Auflösung, um eine farblose und transparente
Oxalsäurelösung zu erhalten, wobei das Massenverhältnis von Oxalsäure zu Ethanol 1:7 ist;
(3) Die in Schritt (1) erhaltene lösliche Eisen(II)-Salzlôsung in ein Ultraschallgerät gebeh}/600300 die Ultraschallfrequenz auf 20kHz ~ 100kHz einstellen und unter Ultraschallbedingungen die in
Schritt (2) erhaltene Oxalsäurelösung langsam in die 16sliche Fisen(II)-Salzlôsung geben und die
Zugabezeit auf 10min ~ 30min einstellen, Wenn die Zugabe abgeschlossen ist, halten Sie die oben genannte Ultraschallleistung unverändert, weiterhin Ultraschall für 0,5 ~ 20h, steuern Sie die
Reaktionstemperatur für 10 ~ 50°C. Wenn die Reaktion abgeschlossen ist, filtrieren und waschen, und trocknen Sie in einem Vakuum für 12 ~ 24h, um eine hellgelbe hohle Struktur Oxalsäure-
Eisen-Vorläufer-Material mit kristallinem Wasser zu erhalten; (4) Unter einer inerten Atmosphäre aus Argon oder Stickstoff wird das in Schritt (3) erhaltene, kristallines Wasser enthaltende Eisen(II)-Oxalat-Vorläufermaterial mit hohler Struktur bei 150°C~300°C für 2~6h gesintert, um das Fisen(II)-Oxalat-Anodenmaterial mit hohler Struktur für
Lithium-Ionen-Batterien zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet:
Die vorliegende Erfindung mit Hilfe von Ultraschall-Verstärkungstechnologie, die
Verwendung von Ultraschall-Kavitationssystem unter der einzigartigen Energie-Umgebung, die
Losung bei der Erzeugung von winzigen Blasen in der Ultraschall-Feld unter der Wirkung von
Vibrationen, Wachstum, wenn die Energie einen bestimmten Schwellenwert überschreitet,
Kavitation Blasen dramatisch kollabieren und schließen. Wenn das Ultraschallfeld in die solvothermische Reaktion eingeführt wird, wird die Kombination von Eisen(II)-Ionen, Oxalat-
Ionen und Wassermoleküle um die kleinen Blasen verursachen die Fisen(II)-Ionen, Oxalat-Ionen und Wassermoleküle zwischen der Kombination der Anordnung, wodurch die Eisen(Il)-Oxalat-
Teilchen Keimbildung und Wachstum des Raumes, um das Material in der Kavitation Blasen um die Keimbildung und Wachstum zu fördern. In der Reaktion, auf der einen Seite, durch die
Regulierung der Ultraschall-Intensität, die Zerschlagung der Kavitationsblasen kann die Bildung einer hohlen Struktur des Materials, die wiederum erhöht die Dichte der aktiven Stellen in Kontakt mit Lithium-Ionen in der Lade- und Entladevorgang zu erreichen; auf der anderen Seite ist es möglich, die Synthese-Faktoren der Reaktanten zu steuern, regeln die Keimbildung und
Wachstumsprozess des Materials, und erreichen den Aufbau der gesamten Mikro-Nano-Struktur und Morphologie des Materials (Stab, prismatisch, etc.). Die technische Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist, dass der Aufbau der internen zentralen Kontrollstruktur des
Eisenoxalatmaterials nur durch die Einführung der externen Feldverstärkungstechnologie und nicht durch chemische Mittel erreicht werden kann, was die Einführung von chemischen
Reagenzien stark reduziert und die Produktionskosten des Materials senkt und die Eigenschaften von Umweltfreundlichkeit, Umweltschutz, Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung hat.
Die Technologie, die in der vorliegenden Erfindung ist nicht nur für Eisenoxalat negativen
Elektrodenmaterialien, sondern hat auch bestimmte Referenzwert für andere Übergangsmetall
Oxalate (wie Nickeloxalat, Kobaltoxalat, Zinkoxalat, Kupferoxalat, etc.) und andere Materialien (wie Nickel-Mangan-Nickel-Kobalt-Aluminium ternären positiven Materialien, Metall- organischen Rahmen MOF-Materialien, usw.) hergestellt durch solvothermische oder Co-Fällung
Methode.
Die vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung ist:
Die vorliegende Erfindung hat eine hohle Struktur Eisenoxalat-Pulver-Material durch
Ultraschall-Verstärkungs-Methode hergestellt erhalten, und seine morphologischen Eigenschaften erhöhen die spezifische Oberfläche des Materials, sowie erhöhen die Lithium-Speicher-Kanäle, die den Transport von Lithium-Ionen und Elektronen-Migration während des Lade- und
Entladevorgang förderlich ist, und verbessert deutlich die elektrochemischen Eigenschaften d&$/600900
Materials wie die elektrochemische Aktivität und die Zyklen-Stabilität, und fördert die
Anwendung von Eisenoxalat im Bereich der Lithium-Ionen-Batterien.
Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
Bild 1 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines hohlen strukturierten
Fisen(II)-oxalats, hergestellt in den Ausführungsformen 1-4 der vorliegenden Erfindung; Bild 1a ist Ausführungsform 1, Bild 1b ist Ausführungsform2, Bild 1c ist Ausführungsform 3 und Bild 1d ist Ausführungsform 4;
Bild 2 ist eine Ladungs-Entladungskurve des hohlstrukturierten Eisenoxalatmaterials, hergestellt in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
Bild 3 ist ein Diagramm des Zyklusverhaltens des hohlstrukturierten Eisenoxalats, das in
Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Bild 4 ist ein Diagramm der Multiplikationsleistung des hohlen strukturierten Fisen(II)-
Oxalats, das in den Ausführungsformen 1 und 4 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Bild 5 ist ein Transmissionselektronenmikroskop-Diagramm des hohlstrukturierten Fisen(II)-
Oxalats, hergestellt in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen und spezifischen Ausführungsformen näher beschrieben, aber der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den beschriebenen Inhalt beschränkt.
Ausführungsform 1
Diese Ausführungsform eines Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine
Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Fisen(II)-Oxalat wird wie folgt hergestellt: (1) Zugabe von Eisen(II)-sulfat und Antiscorbutsäure zu einer entionisierten Wasserlösung und Behandlung unter Ultraschallbedingungen bei einer Frequenz von 50 kHz, bis sie vollständig gelöst ist, um eine Fisen(II)-sulfatlôsung zu erhalten, wobei das Massenverhältnis von Fisen(II)- sulfat und entionisiertem Wasser 1:5 beträgt; (2) Feste Oxalsäure in Ethanollösung auflösen und unter der Bedingung von 25°C bis zur vollständigen Auflösung rühren, um eine farblose und transparente Oxalsäurelösung zu erhalten, wobei das Massenverhältnis von Oxalsäure zu Ethanol 1:7 ist; (3) Die in Schritt (1) erhaltene Eisensulfatlösung wird in ein Ultraschallgerät gegeben, die
Ultraschallfrequenz wird auf 50 kHz eingestellt, und unter Ultraschallbedingungen wird die in
Schritt (2) erhaltene Oxalsäurelösung langsam zu der Eisensulfatlösung gegeben, wobei das
Molverhältnis von Oxalsäure zu Eisensulfat 1:1 beträgt, und die Zugabezeit wird auf 10 min eingestellt, Wenn die Zugabe abgeschlossen ist, halten Sie die obige Ultraschallleistung unverändert und setzen Sie die Ultraschallbehandlung für 12 Stunden fort, steuern Sie die
Reaktionstemperatur auf 20°C. Wenn die Reaktion abgeschlossen ist, filtern und waschen Sie und trocknen Sie im Vakuum für 12 Stunden, um ein hellgelbes Fisen(II)-Oxalat-Vorläufermaterial mit
Hohlstruktur zu erhalten, das kristallines Wasser enthält; (4) unter der Argon-Inert-Atmosphäre wurde das in Schritt (3) erhaltene Fisen(II)-Oxalat-
Vorläufermaterial mit hohler Struktur, das kristallines Wasser enthält, bei 300 °C für 2h gesintert, um das Eisen(II)-Oxalat-Anodenmaterial mit hohler Struktur für Lithium-Ionen-Batterien zu erhalten.
Wiegen Sie 0,3 g des hohlstrukturierten Eisenoxalats, 0,15 g Acetylenschwarz und 0,05 g
Polyvinylidenfluorid (PVDF), die durch die Herstellung dieser Ausführungsform erhalten wurden,
geben Sie sie in einen Mörser und mahlen Sie sie 30 Minuten lang, fügen Sie dann 1 ml N-Methy44/600900 2-Pyrrolidon-Lösung hinzu und mahlen Sie sie 20 Minuten lang weiter. Das zähflüssige Gemisch wurde gleichmäßig mit Kupferfolie überzogen und zunächst 15 Minuten lang bei 80 °C getrocknet, dann 12 Stunden lang in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet, danach wurde die Kupferfolie gefräst und anschließend in Scheiben mit einem Durchmesser von 14 mm geschnitten, um das
Polstück herzustellen.
In einer mit Argongas gefüllten Handschuhbox (O2-Gehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) wurden die Elektrode, das Diaphragma, der Lithium-Wafer und das Nickelschaumnetz nach dem herkömmlichen Verfahren zu einer Knopfzelle zusammengesetzt, und die elektrochemische
Leistung der Batterie wurde mit einer Konstantstrom-Lade/Entlade-System bei einer Stromdichte von 1C = 1000 mA/g getestet.
Das rasterelektronenmikroskopische Diagramm des hohlen Eisenoxalat-Anodenmaterials, das in dieser Ausfithrungsform hergestellt wurde, ist in Bild 1a dargestellt, und die Zyklusleistung des Materials in Lithium-Ionen-Batterien ist in Bild 4 dargestellt. Aus Bild la ist ersichtlich, dass die Partikel des hergestellten Materials eine hohle Stabstruktur haben und die Gesamtverteilung der Partikel gleichmäBiger ist, ohne primäre Partikelagglomeration usw. Das in dieser
Ausführungsform hergestellte Material hat eine gute Vielfachleistung als Anodenmaterial für
Lithium-Ionen-Batterien. Aus Bild 4 ist ersichtlich, dass das in der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Material eine gute Multiplizierbarkeit als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien aufweist und eine spezifische Entladekapazität von 900, 750, 700, 650, 600 und 500 mAh g! bei einer Stromdichte von 0,2, 0,5, 1, 2, 3 und 5A g‘! aufweist.
Ausführungsform 2
Diese Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine
Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Fisen(II)-Oxalat wird wie folgt hergestellt: (1) Eisen(Il)-chlorid und Antiskorbutinsdure werden in eine Lösung aus entionisiertem
Wasser gegeben und unter Ultraschallbedingungen bei einer Frequenz von 100 kHz behandelt, bis sie vollständig gelöst sind, um eine Eisen(II)-chlorid-Lôsung zu erhalten, wobei das
Massenverhältnis von Eisen(IT)-chlorid und entionisiertem Wasser 1:1 beträgt; (2) Feste Oxalsäure in Ethanollôsung auflösen und unter 23°C bis zur vollständigen
Auflösung rühren, um eine farblose und transparente Oxalsäurelôsung zu erhalten, wobei das
Massenverhältnis von Oxalsäure zu Ethanol 1:5 beträgt; (3) Die in Schritt (1) erhaltene Eisenchloridlôsung wird in ein Ultraschallgerät gegeben, die
Ultraschallfrequenz wird auf 100 kHz eingestellt, und unter Ultraschallbedingungen wird die in
Schritt (2) erhaltene Oxalsäurelösung langsam zu der Eisenchloridlosung gegeben, wobei das
Molverhältnis von Oxalsäure zu Eisenchlorid 3:1 beträgt, und die Zugabezeit wird auf 30 min eingestellt; Wenn die Zugabe abgeschlossen ist, wird die obige Ultraschallleistung unverändert beibehalten, die Ultraschallbehandlung wird für 0,5 h fortgesetzt, die Reaktionstemperatur wird auf 10 °C eingestellt, und wenn die Reaktion abgeschlossen ist, wird gefiltert und gewaschen und im Vakuum für 24 h getrocknet, um ein hellgelbes Fisen(II)oxalat-Vorläufermaterial mit
Hohlstruktur zu erhalten, das kristallines Wasser enthält; (4) Unter einer inerten Stickstoffatmosphäre wurde das in Schritt (3) erhaltene
Fisen(II)oxalat-Hohlstrukturvorläufermaterial, das kristallines Wasser enthält, bei 150°C für 6h gesintert, um das Fisen(IT)oxalat-Hohlstruktur-Lithtumionenbatterie-Anodenmaterial zu erhalten. 0,3 g des hohlen Fisen(II)-Oxalats, das durch die Herstellung dieser Ausführungsform erhalten wurde, 0,15 g Acetylenschwarz und 0,05 g Polyvinylidenfluorid (PVDF) wurden in einen
Mörser und Stößel gegeben und 30 Minuten lang gemahlen, dann wurde 1 ml N-Methy1-2U600900
Pyrrolidon-Lösung hinzugefügt und das Mahlen wurde 20 Minuten lang fortgesetzt. Das zähflüssige Gemisch wurde gleichmäßig mit der Kupferfolie beschichtet und zunächst 15 Minuten lang bei 80 °C getrocknet. Anschließend wurde die Kupferfolie 12 Stunden lang bei 80 °C im 5 Vakuumofen getrocknet und anschließend in Scheiben mit einem Durchmesser von 14 mm geschnitten, um das Polstück herzustellen.
In einem mit Argongas gefüllten Handschuhkasten (O2-Gehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) wurden die Elektrode, das Diaphragma, die Lithiumscheibe und das Nickelschaumstoffnetz nach dem herkömmlichen Verfahren zu einer Knopfzellenbatterie zusammengesetzt, und die elektrochemische Leistung der Batterie wurde in einem Konstantstrom-Lade-/Entladesystem bei einer Stromdichte von 1C=1000 mA/g getestet.
Das rasterelektronenmikroskopische Diagramm des in der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Eisenoxalat-Lithiumionenbatterie-Anodenmaterials ist in Bild 1b dargestellt, und die
Lade-/Entladekurven des Materials in einer Lithium-/Natriumionenbatterie sind in Bild 2 gezeigt.
Aus Bild 1b ist ersichtlich, dass das in der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Material eine kurze stäbchenförmige Hohlstruktur mit einer glatten Oberfläche der Primärteilchen, einem großen Zwischenhohlraum und einer insgesamt gleichmäßigen Verteilung der Teilchen ist. Wie aus Bild 2 ersichtlich ist, weist das in der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Material eine hohe reversible Kapazität als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien auf, mit einer spezifischen Entladekapazität von 1210 mAh g' zum ersten Mal, und hat immer noch eine spezifische Entladekapazitit von 1080 mAh g' nach 100 Zyklen, und das
Elektrodenpolarisationsphänomen ist gering.
Ausführungsform 3
Ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Fisen(IT)-Oxalat in dieser Ausführungsform ist wie folgt: (1) Eisen(II)-nitrat und Antichemiesäure werden in eine entionisierte Wasserlösung gegeben und unter Ultraschallbedingungen bei einer Frequenz von 20 kHz behandelt, bis sie vollständig gelöst sind, um eine Eisen(I)-nitratlösung zu erhalten, wobei das Massenverhältnis von Eisen(II)- nitrat und entionisiertem Wasser 1:3 beträgt; (2) feste Oxalsäure in Ethanollösung auflösen und unter Raumtemperaturbedingungen bis zur vollständigen Auflösung rühren, um eine farblose und transparente Oxalsäurelösung zu erhalten, wobei das Massenverhältnis von Oxalsäure zu Ethanol 1:1 ist; (3) Die in Schritt (1) erhaltene Eisennitratlösung wird in ein Ultraschallgerät gegeben, die
Ultraschallfrequenz wird auf 20 kHz eingestellt, und unter Ultraschallbedingungen wird die in
Schritt (2) erhaltene Oxalsäurelösung langsam zu der Eisennitratlösung gegeben, wobei das
Molverhältnis von Oxalsäure zu Eisennitrat 1:1 beträgt, und die Zugabezeit wird auf 30 min eingestellt; Wenn die Zugabe abgeschlossen ist, halten Sie die oben genannte Ultraschallleistung unverändert, setzen Sie die Ultraschallbehandlung für 20 Stunden fort, steuern Sie die
Reaktionstemperatur auf 50°C, und wenn die Reaktion abgeschlossen ist, filtern und waschen Sie und trocknen Sie im Vakuum für 12 Stunden, um ein hellgelbes Fisen(IT)-oxalat-Vorläufermaterial mit Hohlstruktur zu erhalten, das kristallines Wasser enthält; (4) Unter einer Argon-Inertatmosphäre wurde das in Schritt (3) erhaltene Fisen(II)-Oxalat-
Hohlstruktur- Vorläufermaterial, das kristallines Wasser enthält, bei 280°C für 3h gesintert, um das
Fisen(II)-Oxalat-Hohlstruktur-Lithium-Tonen-Batterie-Anodenmaterial zu erhalten. 0,3 g des hohlen Fisen(II)-Oxalats, das durch die Herstellung dieses Ausführungsformens erhalten wurde, 0,15 g Acetylenschwarz und 0,05 g Polyvinylidenfluorid (PVDF) wurden in eine 600900
Morser und Stößel gegeben und 30 Minuten lang gemahlen, dann wurde 1 ml N-Methyl-2-
Pyrrolidon-Lösung hinzugefügt und das Mahlen wurde 20 Minuten lang fortgesetzt. Das zähflüssige Gemisch wurde gleichmäßig mit der Kupferfolie beschichtet und zunächst 15 Minuten lang bei 80 °C getrocknet. Anschließend wurde die Kupferfolie 12 Stunden lang bei 80 °C im
Vakuumofen getrocknet und anschließend in Scheiben mit einem Durchmesser von 14 mm geschnitten, um das Polstück herzustellen.
In einem mit Argongas gefüllten Handschuhkasten (O2-Gehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) wurden die Elektrode, das Diaphragma, die Lithiumscheibe und das Nickelschaumstoffnetz nach dem herkömmlichen Verfahren zu einer Knopfzellenbatterie zusammengesetzt, und die elektrochemische Leistung der Batterie wurde in einem Konstantstrom-Lade- und Entladesystem bei einer Stromdichte von 1C=1000 mA/g getestet.
Das rasterelektronenmikroskopische Diagramm des in der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Lithium-lonen-Batterieanodenmaterials aus Eisenoxalat ist in Bild 1c dargestellt, und die Zyklusleistung des Materials in einer Lithium-/Natrium-Ionen-Batterie ist in Bild 3 dargestellt.
Aus Bild 1c ist ersichtlich, dass das in der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Material eine hohle Struktur mit kurzen Stäben ist und die Teilchen insgesamt eine kurze Stabform mit einer
Größe von 10-15 um und eine gleichmäßige Verteilung der Teilchen aufweisen. Wie aus Bild 3 ersichtlich ist, weist das in der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Material eine ausgezeichnete Zyklenstabilität als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien auf, mit einer spezifischen Entladekapazität von 1200 mAh g* nach 100 Zyklen.
Ausführungsform 4
Diese Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine
Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Fisen(II)-Oxalat wird wie folgt hergestellt: (1) Eisen(Il)-acetat und Antiscorbutinsäure werden zu einer entionisierten Wasserlösung gegeben und unter Ultraschallbedingungen bei einer Frequenz von 60 kHz behandelt, bis sie vollständig gelöst sind, um eine Fisen(II)-acetatlôsung zu erhalten, wobei das Massenverhältnis von Eisen(II)-acetat und entionisiertem Wasser 1:3 beträgt; (2) Feste Oxalsäure in Ethanollösung auflösen und unter Raumtemperaturbedingungen bis zur vollständigen Auflösung rühren, um eine farblose und transparente Oxalsäurelösung zu erhalten, wobei das Massenverhältnis von Oxalsäure zu Ethanol 1:7 beträgt; (3) Die in Schritt (1) erhaltene Eisen(II)-acetat-Lösung wird in ein Ultraschallgerät gegeben, die Ultraschallfrequenz wird auf 60 kHz eingestellt, und unter Ultraschallbedingungen wird die in
Schritt (2) erhaltene Oxalsäurelôsung langsam zu der Fisen(II)-acetat-Lôsung gegeben, wobei das
Molverhiltnis von Oxalsäure zu Fisen(II)-acetat 1:1 beträgt, und die Zugabezeit wird auf 20 min eingestellt; Wenn die Zugabe abgeschlossen ist, halten Sie die oben genannte Ultraschallleistung unverändert, setzen Sie die Ultraschallbehandlung für 12 h fort, steuern Sie die
Reaktionstemperatur auf 25°C, und wenn die Reaktion abgeschlossen ist, filtern und waschen Sie und trocknen Sie in einem Vakuum für 15 h, um ein hellgelbes Fisen(IT)-oxalat-Vorläufermaterial mit Hohlstruktur zu erhalten, das kristallines Wasser enthält; (4) Unter einer inerten Atmosphäre aus Argon oder Stickstoff wurde das in Schritt (3) erhaltene Eisen(INoxalat-Hohlstrukturvorläufermaterial, das kristallines Wasser enthält, bei 300°C für 2h gesintert, um das Eisen(I)oxalat-Hohlstruktur-Lithium-Ionen-Batterie-Anodenmaterial zu erhalten. 0,3 g des hohlen Fisen(II)-Oxalats, das durch die Herstellung dieses Ausführungsformens erhalten wurde, 0,15 g Acetylenschwarz und 0,05 g Polyvinylidenfluorid (PVDF) wurden in eine 600900
Morser und Stößel gegeben und 30 Minuten lang gemahlen, dann wurde 1 ml N-Methyl-2-
Pyrrolidon-Lösung hinzugefügt und 20 Minuten lang weiter gemahlen. Das zähflüssige Gemisch wurde gleichmäßig mit Kupferfolie überzogen und zunächst 15 Minuten lang bei 80 °C getrocknet, dann 12 Stunden lang in einem Vakuumofen bei 80 °C. Danach wurde die Kupferfolie gemahlen und anschließend in Scheiben mit einem Durchmesser von 14 mm geschnitten, um das Polstück herzustellen.
In einer mit Argongas gefüllten Handschuhbox (O2-Gehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) wurden die Elektrode, das Diaphragma, der Lithium-Wafer und das Nickelschaumnetz nach dem herkömmlichen Verfahren zu einer Knopfzelle zusammengebaut, und die elektrochemische
Leistung der Batterie wurde mit einem Konstantstrom-Lade/Entlade-System bei einer Stromdichte von 1C = 1000 mA/g getestet.
Das rasterelektronenmikroskopische Diagramm des in der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Fisenoxalat-Anodenmaterials für Lithium-lonen-Batterien ist in Bild 1d dargestellt, das transmissionselektronenmikroskopische Diagramm ist in Bild 5 dargestellt, und das Diagramm der Vielseitigkeit des Materials in Lithium/Natrium-Ionen-Batterien ist in Bild 4 dargestellt. Aus
Bild 1d und Bild 5 ist ersichtlich, dass das in der vorliegenden Ausführungsform hergestellte und erhaltene Material eine homogenere neutronische Struktur aufweist. Es wird auch festgestellt, dass die Morphologie des Materials mit zunehmender Ultraschallfrequenz der Form eines hohlen kubischen Blocks ähnlicher wird, wobei die hohle Struktur deutlicher und der Anteil des hohlen
Volumens größer ist. Aus Bild 4 ist ersichtlich, dass die in der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Materialien eine ausgezeichnete Multiplizierbarkeit als Anodenmaterialien für
Lithium-Ionen-Batterien aufweisen und spezifische Entladekapazitäten von 1100, 920, 900, 880, 860 und 820 mAh g'! bei Stromdichten von 0,2, 0,5, 1, 2, 3 und 5A g'' aufweisen.
Die spezifischen Ausfithrungsformen der vorliegenden Erfindung sind im Detail oben in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Variationen können im Rahmen des Wissens von Personen mit normaler Geschicklichkeit in der Technik ohne
Abweichung von dem Zweck der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
Claims (4)
1. Eine Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Eisen(Il)-Oxalat, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (1) Das lôsliche Fisen(II)-salz und die antischämische Säure werden in eine entionisierte Wasserlôsung gegeben und unter Ultraschallbedingungen bei einer Frequenz von 20 kHz bis 100 kHz behandelt, bis es vollständig gelöst ist, um eine Fisen(IT)-salzlôsung zu erhalten; (2) Feste Oxalsäure in Ethanollôsung auflösen und unter Raumtemperaturbedingungen bis zur vollständigen Auflösung rühren, um eine farblose und transparente Oxalsäurelôsung zu erhalten, wobei das Massenverhältnis von Oxalsäure zu Ethanol 1:1 ~ 1:7 beträgt; (3) Geben Sie die in Schritt (1) erhaltene lôsliche Fisensalzlôsung in ein Ultraschallgerät, stellen Sie die Ultraschallfrequenz auf 20kHz ~ 100kHz ein und fiigen Sie unter den Ultraschallbedingungen langsam die in Schritt (2) erhaltene Oxalsäurelôsung in die lôsliche Fisensalzlôsung hinzu, und stellen Sie die Zugabezeit auf 10min ~ 30min ein; Wenn die Zugabe abgeschlossen ist, halten Sie die oben genannte Ultraschallleistung unverändert, weiterhin Ultraschall fiir 0,5 ~ 20h, steuern Sie die Reaktionstemperatur fir 10 ~ 50°C. Wenn die Reaktion abgeschlossen ist, filtrieren und waschen, und trocknen Sie in einem Vakuum fiir 12 ~ 24h, um eine hellgelbe hohle Struktur Oxalsäure-Fisen-Vorläufer-Material mit kristallinem Wasser zu erhalten; (4) Unter einer inerten Atmosphäre aus Argon oder Stickstoff wird das in Schritt (3) erhaltene, kristallines Wasser enthaltende Eisen(IT)-Oxalat-Vorläufermaterial mit hohler Struktur bei 150°C~300°C für 2~6h gesintert, um das Fisen(II)-Oxalat-Anodenmaterial mit hohler Struktur für Lithium-Ionen-Batterien zu erhalten.
2. Ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Eisen(Il)-Oxalat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: das Massenverhältnis von lôslichem Fisen(II)-salz und entionisiertem Wasser in Schritt (1) 1:5 ~ 1:1 beträgt.
3. Ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Fisen(IT)-Oxalat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: das lösliche Fisen(II)-Salz in Schritt (1) irgendeines von Eisen(II)-Sulfat, Fisen(II)-Chlorid, Eisen(ID- Nitrat, Fisen(IT)-Acetat ist.
4. Ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Eisen(II)-Oxalat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis von Oxalsäure zu löslichem Eisen(II)-Salz im Schritt (3) 1:1 bis 3:1 beträgt.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410042871.3A CN118099423A (zh) | 2024-04-09 | 2024-04-09 | 一种中空结构草酸亚铁锂离子电池负极材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LU600900B1 true LU600900B1 (de) | 2025-10-02 |
Family
ID=91162222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LU600900A LU600900B1 (de) | 2024-04-09 | 2025-04-01 | Ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer hohlen Struktur aus Eisen(II)-Oxalat |
Country Status (2)
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2024
- 2024-04-09 CN CN202410042871.3A patent/CN118099423A/zh active Pending
-
2025
- 2025-04-01 LU LU600900A patent/LU600900B1/de active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN118099423A (zh) | 2024-05-28 |
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