PL248952B1 - Lithium-ion cell with a shungite-based negative electrode - Google Patents
Lithium-ion cell with a shungite-based negative electrodeInfo
- Publication number
- PL248952B1 PL248952B1 PL445464A PL44546423A PL248952B1 PL 248952 B1 PL248952 B1 PL 248952B1 PL 445464 A PL445464 A PL 445464A PL 44546423 A PL44546423 A PL 44546423A PL 248952 B1 PL248952 B1 PL 248952B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- lithium
- shungite
- negative electrode
- ion cell
- electrolyte
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest ogniwo litowo-jonowe z elektrodą ujemną na bazie szungitu pracujące w ciekłym elektrolicie organicznym, w którym materiał aktywny elektrody ujemnej stanowi naturalny szungit w ilości 85% wag. elektrody ujemnej, a elektrolit zawiera sól przewodzącą litu, korzystnie heksafluorofosforan litu.The subject of the application is a lithium-ion cell with a shungite-based negative electrode operating in a liquid organic electrolyte, in which the active material of the negative electrode is natural shungite in the amount of 85% by weight of the negative electrode, and the electrolyte contains a conductive lithium salt, preferably lithium hexafluorophosphate.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest ogniwo litowo-jonowe z elektrodą ujemną na bazie szungitu.The subject of the invention is a lithium-ion cell with a negative electrode based on shungite.
Ogniwa litowo-jonowe zdominowały światowy rynek akumulatorów pod względem dostarczanej pojemności i energii. Obecnie zasilają nie tylko drobne przenośne urządzenia elektroniczne i elektronarzędzia, ale i samochody elektryczne, a także stacjonarne magazyny energii. Przewiduje się, że ich udział w rynku chemicznych źródeł prądu będzie systematycznie rósł w najbliższych latach. Powoduje to rosnące zapotrzebowanie na wszystkie surowce niezbędne do produkcji tych akumulatorów, w tym lit, nikiel, kobalt, aluminium, miedź oraz materiały węglowe.Lithium-ion cells dominate the global battery market in terms of capacity and energy delivery. Currently, they power not only small portable electronic devices and power tools but also electric cars and stationary energy storage systems. Their share in the chemical power source market is expected to steadily grow in the coming years. This is driving a growing demand for all the raw materials necessary for battery production, including lithium, nickel, cobalt, aluminum, copper, and carbon materials.
Materiały węglowe wykorzystuje się w produkcji ogniw litowych jako substancję elektrochemicznie aktywną elektrody ujemnej (anody) oraz jako dodatki poprawiające kontakt elektryczny w elektrodach ujemnych i dodatnich.Carbon materials are used in the production of lithium cells as an electrochemically active substance of the negative electrode (anode) and as additives improving electrical contact in the negative and positive electrodes.
Najpopularniejszym materiałem do wytwarzania anod jest grafit (naturalny i syntetyczny). Grafit posiada budowę warstwową o jednakowej odległości pomiędzy sąsiadującymi warstwami. Obie te cechy umożliwiają odwracalne wprowadzenie jonów litu do struktury grafitu, co stanowi podstawę działania ogniw litowo-jonowych, tzw. „krzesło bujane”.The most common material for anodes is graphite (natural and synthetic). Graphite has a layered structure with equal spacing between adjacent layers. Both of these characteristics enable the reversible incorporation of lithium ions into the graphite structure, which is the basis for the operation of lithium-ion cells, the so-called "rocking chair."
Obecnie poszukuje się naturalnych bądź odpadowych prekursorów do wytwarzania materiałów węglowych i polimerowych, aby uniezależnić się od ropy naftowej. Stąd też próby poszukiwania kompatybilnych materiałów z innych źródeł.Currently, efforts are underway to find natural or waste precursors for the production of carbon and polymer materials, thereby eliminating dependence on petroleum. Hence, efforts are underway to find compatible materials from other sources.
Jednym z takich materiałów może stać się szungit - metamorficzna forma węgla powstała z organicznych osadów prekambryjskich. Dotychczas był on kojarzony głównie z filtrami wody pitnej, lecz coraz częściej znajduje on zastosowanie w elektrochemii, głównie w elektrokatalizie. Specyficzna budowa tego materiału skłania do zastosowania go również w akumulatorach.One such material could be shungite – a metamorphic form of carbon formed from organic Precambrian sediments. Until now, it has been associated primarily with drinking water filters, but it is increasingly finding applications in electrochemistry, particularly electrocatalysis. The specific structure of this material also suggests its use in batteries.
Mechanizm funkcjonowania ogniw litowo-jonowych zależy od typu użytych elektrod (Y. Ma, Y. Ma, H. Euchner, X. Liu, H. Zhang, B. Qin, D. Geiger, J. Biskupek, A. Carlsson, U. Kaiser, A. GroB, S. Indris, S. Passerini, D. Bresser, ACS Energy Lett. 6, 2021: 915-924):The functioning mechanism of lithium-ion cells depends on the type of electrodes used (Y. Ma, Y. Ma, H. Euchner, X. Liu, H. Zhang, B. Qin, D. Geiger, J. Biskupek, A. Carlsson, U. Kaiser, A. GroB, S. Indris, S. Passerini, D. Bresser, ACS Energy Lett. 6, 2021: 915-924):
a) w przypadku elektrod interkalacyjnych (np. grafit - elektroda ujemna, litowany tlenek kobaltu - elektroda dodatnia) jony danego pierwiastka alkalicznego ulegają odwracalnej interkalacji w materiałach elektrodowych, jest to mechanizm nazywany „krzesłem bujanym”,a) in the case of intercalation electrodes (e.g. graphite - negative electrode, lithiated cobalt oxide - positive electrode), ions of a given alkaline element undergo reversible intercalation in the electrode materials, this is a mechanism called the "rocking chair",
b) w przypadku elektrod konwersyjnych jony metali alkalicznych ulegają reakcji chemicznej, w wyniki której powstaje np. stop litu z innym metalem.b) in the case of conversion electrodes, alkali metal ions undergo a chemical reaction, resulting in the formation of, for example, an alloy of lithium with another metal.
Elektrody typu konwersyjnego wymagają dopracowania przed powszechnym zastosowaniem komercyjnym ze względu na niestabilność powstających produktów, gwałtowne zmiany objętości elektrod podczas ładowania i wyładowania, ograniczoną sprawność cykliczną. Stąd też niesłabnące zainteresowanie sprawdzonymi elektrodami interkalacyjnymi oraz ich ciągły rozwój. Najpowszechniej stosowaną elektrodą interkalacyjną w ogniwach litowo-jonowych jest grafit. Jest to krystaliczna forma węgla o strukturze heksagonalnej, zdolna do interkalacji zarówno jonami litu, jak i potasu. Podczas pierwszego ładowania formującego ogniwa litowo-jonowego na powierzchni grafitowej elektrody ujemnej powstaje cienka warstwa pasywująca, tzw. SEI (ang. solid electrolyte interphase) zapobiegająca dalszemu rozkładowi elektrolitu (K. Xu, Chem. Rev. 104, 2004: 4303-4417).Conversion-type electrodes require further development before widespread commercial application due to the instability of the resulting products, rapid changes in electrode volume during charging and discharging, and limited cyclic efficiency. Hence, the continuing interest in proven intercalation electrodes and their ongoing development. The most commonly used intercalation electrode in lithium-ion cells is graphite. It is a crystalline form of carbon with a hexagonal structure, capable of intercalating with both lithium and potassium ions. During the initial charge of a forming lithium-ion cell, a thin passivating layer, the so-called SEI (solid electrolyte interphase), forms on the surface of the graphite negative electrode, preventing further electrolyte decomposition (K. Xu, Chem. Rev. 104, 2004: 4303-4417).
Przykładem naturalnie występującego, niegrafityzującego materiału węglowego jest szungit. Występują pewne niejasności co do jego pochodzenia geologicznego, lecz zdaniem geologów jest to stara skała metamorficzna powstała w niskim proterozoiku (prekambr) na skutek przeobrażenia osadowych łupków bitumicznych powstałych z alg (V.A. Melezhik, M.M. Filippov, A.E. Romashkin, Ore Geology Reviews, 24, 2004: 135-154). Niektórzy badacze uważają, że jest on bituminem o wysokim stopniu przeobrażenia (V.V. Kovalevski, P.R. Buseck, J.M. Cowley, Carbon, 39, 2001: 243-256). Co więcej to właśnie w szungicie odkryto naturalnie występujące fullereny - jedną z odmian alotropowych węgla, chociaż ich udział jest w zasadzie śladowy (ok. 0,001%) (P.R. Buseck, S.J. Tsipursky, R. Hettich, Science, 257, 1992: 215-217). Największe pokłady szungitu występują w Karelii, lecz inne bituminy rozpowszechnione są m.in. w całej Skandynawii, Kanadzie i częściowo w USA (V.V. Kovalevski, P.R. Buseck, J.M. Cowley, Carbon, 39, 2001: 243-256). Szungit klasyfikuje się pod względem zawartości węgla na pięć klas: I (84-98%), II (42-84%), III (30-37%), IV (15-20% oraz V (3-6%) (A.Z. Zaidenberg, P.R. Buseck, P.L. Galdobina, V.V. Kovalevski, N.N. Rozhkova, W.J. Valley, Can. Mineral. 35, 1997: 1363-1378).An example of a naturally occurring, non-graphitizing carbonaceous material is shungite. There is some uncertainty about its geological origin, but geologists believe it is an ancient metamorphic rock formed in the lower Proterozoic (Precambrian) by the alteration of sedimentary oil shales derived from algae (V.A. Melezhik, M.M. Filippov, A.E. Romashkin, Ore Geology Reviews, 24, 2004: 135-154). Some researchers consider it to be a highly altered bitumen (V.V. Kovalevski, P.R. Buseck, J.M. Cowley, Carbon, 39, 2001: 243-256). Moreover, it was in shungite that naturally occurring fullerenes were discovered - one of the allotropic varieties of carbon, although their share is generally trace (approx. 0.001%) (P.R. Buseck, S.J. Tsipursky, R. Hettich, Science, 257, 1992: 215-217). The largest deposits of shungite are found in Karelia, but other bitumens are widespread, among others, throughout Scandinavia, Canada, and partially in the USA (V.V. Kovalevski, P.R. Buseck, J.M. Cowley, Carbon, 39, 2001: 243-256). Shungite is classified in terms of carbon content into five classes: I (84-98%), II (42-84%), III (30-37%), IV (15-20% and V (3-6%) (A.Z. Zaidenberg, P.R. Buseck, P.L. Galdobina, V.V. Kovalevski, N.N. Rozhkova, W.J. Valley, Can. Mineral. 35, 1997: 1363-1378).
Dotychczas w dostępnej literaturze znaleziono jedynie dwa przykłady zastosowania tego materiału w elektrodach ujemnych ogniw litowo-jonowych. W obu ogniwach elektroda ujemna z nieprzetworzonego szungitu osiągnęła pojemność właściwą w zakresie 150-170 mAh g-1 (R.M. Humana, M.G. Ortiz, J.E. Thomas, S.G. Real, M. Sedlarikova, J. Vondrak, A. Visintin, J. Solid State Electrochem., 20, 2016: 1053-1058; N.H. Chou, N. Pierce, Y. Lei, N. Perea-Lopez, K. Fujisawa, S. Subramanian, J.A. Robinson, G. Chen, K. Omichi, S.S. Rozhkov, N.N. Rozhkova, M. Terrones, A.R. Harutyunyan, Carbon, 130, 2018: 105-111), a po zmieleniu szungitu w obniżonej temperaturze wartość ta znacznie wzrosła, przekraczając 200 mAh g-1 (N.H. Chou, N. Pierce, Y. Lei, N. Perea-Lopez, K. Fujisawa, S. Subramanian, J.A. Robinson, G. Chen, K. Omichi, S.S. Rozhkov, N.N. Rozhkova, M. Terrones, A.R. Harutyunyan, Carbon, 130, 2018: 105-111). Jednakże dwie wymienione publikacje dotyczące użycia szungitu są niepełne i nie prezentują wystarczających danych do wykonania działającego urządzenia (np. brak udziałów masowych składników elektrody).So far, only two examples of the use of this material in negative electrodes of lithium-ion cells have been found in the available literature. In both cells, the negative electrode made of unprocessed shungite reached a specific capacity in the range of 150-170 mAh g -1 (RM Humana, MG Ortiz, JE Thomas, SG Real, M. Sedlarikova, J. Vondrak, A. Visintin, J. Solid State Electrochem., 20, 2016: 1053-1058; NH Chou, N. Pierce, Y. Lei, N. Perea-Lopez, K. Fujisawa, S. Subramanian, JA Robinson, G. Chen, K. Omichi, SS Rozhkov, NN Rozhkova, M. Terrones, AR Harutyunyan, Carbon, 130, 2018: 105-111), and after grinding shungite at a reduced temperature, this value increased significantly, exceeding 200 mAh g -1 (N.H. Chou, N. Pierce, Y. Lei, N. Perea-Lopez, K. Fujisawa, S. Subramanian, JA Robinson, G. Chen, K. Omichi, SS Rozhkov, NN Rozhkova, M. Terrones, AR Harutyunyan, Carbon, 130, 2018: 105-111). However, the two mentioned publications on the use of shungite are incomplete and do not present sufficient data to fabricate a working device (e.g., lack of mass fractions of the electrode components).
Znacznie bardziej rozpowszechnione zastosowania szungitu dotyczą elektrokatalizy i elektroanalityki oraz adsorbentów do oczyszczania wody (N. Kazimova, K. Ping, M. Alam, M. Danilson, M. Merisalu, J. Aruvali, P. Paiste, M. Kaarik, V. Mikli, J. Leis, K. Tammeveski, P. Starkov, N. Kong, J. Catalysis, 395, 2021: 178-187; Z. Chen, W. Wei, H. Chen, B.J. Ni, Int. J. Hydrogen Energy, online, 06.04.2022; G. Jashari, I. Śvancara, M. Sys, Electrochim. Acta, 410, 2022: 140047; A. A. Kovalchuk, N.N. Rozhkova, A.V. Prikhodko, Current Nanosci. 19, 2023: 82-89). Według najlepszej wiedzy twórców nie wykorzystano wcześniej szungitu w technologiach magazynowania i konwersji energii jako materiału aktywnego elektrody ujemnej w ilości przekraczającej 80% wag. i z udziałem dodatków zwiększających przewodnictwo elektrody.Much more widespread applications of shungite concern electrocatalysis and electroanalysis, and adsorbents for water purification (N. Kazimova, K. Ping, M. Alam, M. Danilson, M. Merisalu, J. Aruvali, P. Paiste, M. Kaarik, V. Mikli, J. Leis, K. Tammeveski, P. Starkov, N. Kong, J. Catalysis, 395, 2021: 178-187; Z. Chen, W. Wei, H. Chen, B.J. Ni, Int. J. Hydrogen Energy, online, 06/04/2022; Rozhkova, A.V. Prikhodko, Current Nanosci. 19, 2023: 82-89). To the best of the authors' knowledge, shungite has not been previously used in energy storage and conversion technologies as an active material for a negative electrode in an amount exceeding 80% by weight and with the addition of additives increasing the electrode's conductivity.
Istotą wynalazku jest ogniwo litowo-jonowe z elektrodą ujemną na bazie szungitu pracujące w ciekłym elektrolicie organicznym. Materiał aktywny elektrody ujemnej stanowi naturalny szungit w ilości 85% wag. elektrody ujemnej, a elektrolit zawiera sól przewodzącą litu w postaci heksafl uorofosforanu litu.The invention is based on a lithium-ion cell with a shungite-based negative electrode operating in a liquid organic electrolyte. The active material of the negative electrode is natural shungite, constituting 85% of the negative electrode by weight, and the electrolyte contains a conductive lithium salt in the form of lithium hexafluorophosphate.
Przy czym zastosowany szungit to szungit klasy I (o dużej zawartości węgla, 84-98%) i rozdrobniony metodą wysokoenergetycznego mielenia do średniej średnicy cząstek 6 μm.The shungite used is class I shungite (with high carbon content, 84-98%) and crushed by high-energy grinding to an average particle diameter of 6 μm.
Ogniwo litowo-jonowe z elektrodą ujemną na bazie szungitu pracuje w ciekłym elektrolicie organicznym, będącym 1-molowym roztworem heksafluorofosforanu litu w mieszaninie węglanu etylenu i węglanu dimetylu o równych udziałach objętościowych.A lithium-ion cell with a shungite-based negative electrode operates in a liquid organic electrolyte, which is a 1-molar solution of lithium hexafluorophosphate in a mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate in equal volume fractions.
Dzięki zastosowaniu przedstawionego rozwiązania uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:Thanks to the use of the presented solution, the following technical and operational effects were achieved:
• wyselekcjonowanie elektrody węglowej kompatybilnej z litem do zastosowania w technologiach akumulatorowych, • stabilną pracę cykliczną elektrody ujemnej z dużą wydajnością prądową > 98%, • niskie opory wewnętrzne ogniwa zbliżone do tych z elektrodą grafitową.• selection of a lithium-compatible carbon electrode for use in battery technologies, • stable cyclic operation of the negative electrode with high current efficiency > 98%, • low internal cell resistances similar to those of a graphite electrode.
Przedstawione rozwiązanie przynosi szereg korzyści, dzięki którym możliwy jest rozwój technologii akumulatorowych opartych na pierwiastkach alkalicznych takich jak lit. Elektroda ujemna wykonana z szungitu jest kompatybilna z litem dzięki strukturze turbostratycznej, mimo że nie posiada jednorodnej, uporządkowanej w dalekim zasięgu struktury warstwowej cechującej grafit. Jest to właściwość nieczęsto spotykana, co sprawia, że przedstawione rozwiązanie może ułatwić zastąpienie litu innymi metalami alkalicznymi. Uzyskane właściwości techniczno-użytkowe ogniw litowo-jonowych z elektrodą ujemną wykonaną z szungitu są zbliżone do ogniw litowych z elektrodą ujemną wykonaną z węglowych materiałów komercyjnych. Przemawia to za wykorzystaniem tego materiału w alternatywnych technologiach akumulatorowych. Ponadto przedstawiony materiał jest pochodzenia naturalnego, dzięki czemu zmniejsza się zapotrzebowanie na ropę naftową, która do tej pory była niezbędna np. do wytwarzania materiałów węglowych z polimerów ropopochodnych na drodze pirolizy.The presented solution offers a number of benefits that enable the development of battery technologies based on alkaline elements such as lithium. The negative electrode made of shungite is compatible with lithium thanks to its turbostratic structure, despite not possessing the uniform, long-range layered structure characteristic of graphite. This is a rare property, which means the presented solution could facilitate the replacement of lithium with other alkali metals. The resulting technical and operational properties of lithium-ion cells with a negative electrode made of shungite are similar to lithium cells with a negative electrode made of commercial carbon materials. This supports the use of this material in alternative battery technologies. Furthermore, the presented material is of natural origin, reducing the demand for crude oil, which until now was necessary for the production of carbon materials from petroleum-derived polymers via pyrolysis.
Ogniwo litowo-jonowe będące przedmiotem wynalazku wykonano w dwuelektrodowym naczyniu elektrochemicznym z wykorzystaniem następujących elementów:The lithium-ion cell which is the subject of the invention was made in a two-electrode electrochemical vessel using the following elements:
• pastylki litu o średnicy 12 mm, • ciekłego elektrolitu organicznego będącego 1-molowym roztworem heksafluorofosforanu litu w mieszaninie węglanu etylenu (EC) i węglanu dimetylu (DMC) o równych udziałach objętościowych (ok. 150 μl elektrolitu na ogniwo), • separatora z włókna szklanego o średnicy 12 mm,• lithium pellets with a diameter of 12 mm, • liquid organic electrolyte consisting of a 1-molar solution of lithium hexafluorophosphate in a mixture of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) with equal volume fractions (approx. 150 μl of electrolyte per cell), • glass fiber separator with a diameter of 12 mm,
PL 248952 Β1 • elektrody ujemnej o średnicy 12 mm wytworzonej z naturalnego szungitu o zawartości węgla 93,5% rozdrobnionego metodą wysokoenergetycznego mielenia do średniej średnicy cząstek 6 pm.PL 248952 Β1 • negative electrode with a diameter of 12 mm made of natural shungite with a carbon content of 93.5%, crushed by high-energy grinding to an average particle diameter of 6 pm.
Elektrodę ujemną wytworzono w następujący sposób: materiał aktywny szungit klasy I (o dużej zawartości węgla 93,5%) rozdrobniony metodą wysokoenergetycznego mielenia, polimerowe lepiszcze (poli(fluorek winylidenu) w postaci 10% roztworu w N-metylopirolidonie) i dodatek zwiększający przewodnictwo (sadza) zmieszano w stosunku masowym 85:10:5. Następnie dodawano N-metylopirolidonu do uzyskania konsystencji rzadkiej pasty. Mieszanie kontynuowano przez 24 godziny. Gotową pastę nałożono na krążki odtłuszczonej folii miedzianej. Elektrody suszono 12 godzin w temperaturze 55°C, a następnie 8 godzin pod próżnią w temperaturze 105°C. Elektrody i składniki elektrolitu przechowywano w komorze rękawicowej wypełnionej argonem.The negative electrode was prepared as follows: the active material, class I shungite (with a high carbon content of 93.5%), ground by high-energy milling, a polymer binder (poly(vinylidene fluoride) as a 10% solution in N-methylpyrrolidone), and a conductivity-enhancing additive (carbon black) were mixed in a mass ratio of 85:10:5. N-methylpyrrolidone was then added until a thin paste was obtained. Mixing was continued for 24 hours. The prepared paste was applied to discs of degreased copper foil. The electrodes were dried for 12 hours at 55°C and then for 8 hours under vacuum at 105°C. The electrodes and electrolyte components were stored in an argon-filled glove box.
Ogniwa litowe o schemacie szungit|elektrolit|lit konstruowano w polipropylenowych naczyniach elektrochemicznych w komorze rękawicowej. Pracę cykliczną ogniw zbadano poprzez galwanostatyczne ładowanie/wyładowanie przy obciążeniu ogniw prądem dwudziestogodzinnym C/20. W badaniach przyjęto pojemność teoretyczną jako pojemność grafitu 372 mAh g-1. Stabilność elektrochemiczną ogniw badano za pomocą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej w zakresie częstotliwości 100 000-0,01 Hz. Badanie wykonano po pierwszym cyklu formacyjnym oraz po 10 cyklu pracy ogniwa. Dane te posłużyły do wyznaczenia głównych składowych oporu układu, tj. oporu omowego ogniwa Rs, oporu warstwy pasywnej SEI na powierzchni elektrody ujemnej Rsei oraz oporu procesu przeniesienia ładunku Ret. Wyniki zabrano w tabeli 1.Lithium cells with a shungite|electrolyte|lithium design were constructed in polypropylene electrochemical vessels in a glovebox. Cyclic operation of the cells was tested by galvanostatic charge/discharge at a 20-hour current load of C/20. The theoretical capacity was assumed to be 372 mAh g -1 of graphite. Electrochemical stability of the cells was studied using electrochemical impedance spectroscopy in the frequency range of 100,000-0.01 Hz. The study was performed after the first formation cycle and after the 10th cell cycle. These data were used to determine the main components of the system resistance, i.e., the ohmic resistance of the cell R s , the resistance of the SEI passive layer on the negative electrode surface R s , and the charge transfer resistance Ret . The results are summarized in Table 1.
TABELA 1TABLE 1
Zestawienie elektrochemicznych właściwości techniczno-użytkowych ogniw litowych z anodą wykonaną z szungitu z elektrolitem ciekłym 1M LiPFe w EC:DMC (50:50 obj.).Summary of electrochemical technical and operational properties of lithium cells with an anode made of shungite with a liquid electrolyte of 1M LiPFe in EC:DMC (50:50 by volume).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL445464A PL248952B1 (en) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | Lithium-ion cell with a shungite-based negative electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL445464A PL248952B1 (en) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | Lithium-ion cell with a shungite-based negative electrode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL445464A1 PL445464A1 (en) | 2024-09-23 |
| PL248952B1 true PL248952B1 (en) | 2026-02-16 |
Family
ID=92843866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL445464A PL248952B1 (en) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | Lithium-ion cell with a shungite-based negative electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL248952B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017074081A1 (en) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | ㈜에이치아이엠앤드에이코리아 | Siox-fullerene complex, preparation method therefor, preparation apparatus therefor, and use thereof |
-
2023
- 2023-07-04 PL PL445464A patent/PL248952B1/en unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017074081A1 (en) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | ㈜에이치아이엠앤드에이코리아 | Siox-fullerene complex, preparation method therefor, preparation apparatus therefor, and use thereof |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| N.H. CHOU I INNI: "Carbon, 2018, 130, 105-111", „CARBON-RICH SHUNGITE AS A NATURAL RESOURCE FOR EFFICIENT LI-ION BATTERY ELECTRODES" * |
| R.M. HUMANA, M.G. ORTIZ, J.E. THOMAS, S. G. REAL, M. SEDLARIKOVA, J. VONDRAK, A. VISINTIN: "J Solid State Electrochem, 2016, 20, 1053–1058", „CHARACTERIZATION OF ANODES FOR LITHIUM-ION BATTERIES" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL445464A1 (en) | 2024-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Vanadium‐modified hard carbon spheres with sufficient pseudographitic domains as high‐performance anode for sodium‐ion batteries | |
| Wang et al. | In situ heterogeneous interface construction boosting fast ion/electron transfer for high-performances lithium/potassium storage | |
| Yan et al. | A Sandwich-Like Hierarchically Porous Carbon/Graphene Composite as a High-Performance Anode Material for Sodium-Ion Batteries. | |
| Tao et al. | Structural and interface design of hierarchical porous carbon derived from soybeans as anode materials for potassium-ion batteries | |
| Yang et al. | Bismuth nanoparticles embedded in carbon spheres as anode materials for sodium/lithium‐ion batteries | |
| EP2731179B1 (en) | Anode comprising silicon-based material and carbon material, and lithium secondary battery comprising same | |
| Wang et al. | A Zn–NiO rechargeable battery with long lifespan and high energy density | |
| CN101609879B (en) | Negative electrode material, making method, lithium ion secondary battery, and electrochemical capacitor | |
| Liu et al. | A polyamino acid with zincophilic chains enabling high-performance Zn anodes | |
| US20120164528A1 (en) | Composite anode with an interfacial film and lithium secondary battery employing the same | |
| Shi et al. | Boosting the Zn ion storage ability of amorphous MnO2 via surface engineering and valence modulation | |
| Suzuki et al. | Composite sulfur electrode for all-solid-state lithium–sulfur battery with Li2S–GeS2–P2S5-based thio-LISICON solid electrolyte | |
| KR20140070525A (en) | High voltage battery composed of anode limited electrochemical cells | |
| Wang et al. | Yolk‐Shell MnSe/ZnSe Heterostructures with Selenium Vacancies Encapsulated in Carbontubes for High‐Efficiency Sodium/Potassium Storage | |
| Canbaz et al. | Investigation of hazelnut shells driven hard carbons as anode for sodium-ion batteriesproduced by hydrothermal carbonization method | |
| Jin et al. | Enhancing the performance of sulfurized polyacrylonitrile cathode by in-situ wrapping | |
| Peng et al. | An Organic‐Inorganic‐Integrated Solid Electrolyte Interphase with High‐Resilience and Anti‐Corrosion for Sustainable Zinc Metal Anode | |
| Ni et al. | Metallic tin nanodots inducing an interfacial adsorption–insertion mechanism for carbon nano-honeycombs with enhanced sodium storage | |
| Li et al. | Ultra-small few-layered MoSe2 nanosheets encapsulated in nitrogen-doped porous carbon nanofibers to create large heterointerfaces for enhanced potassium-ion storage | |
| Wang et al. | Revealing the key role of MnSiO3 in boosting the lithium storage performance of bamboo-derived anode materials | |
| Wang et al. | K2. 13V1. 52Ti0. 48 (PO4) 3 as an anode material with a long cycle life for potassium-ion batteries | |
| Özsin | An overview of sodium-ion batteries as next-generation sustainable electrochemicaldevices beyond the traditional lithium-ion framework | |
| Saneifar et al. | Li4Ti5O12-Hard carbon composite anode for fast-charging Li-Ion batteries | |
| Xiang et al. | Tailoring the electronic conductivity of coating layer on the composite separator for Li metal anode | |
| PL248952B1 (en) | Lithium-ion cell with a shungite-based negative electrode |