RU2615697C1 - METHOD FOR PRODUCING CATHODE MATERIAL BASED ON SYSTEM Li2FeSiO4 - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING CATHODE MATERIAL BASED ON SYSTEM Li2FeSiO4 Download PDF

Info

Publication number
RU2615697C1
RU2615697C1 RU2015154824A RU2015154824A RU2615697C1 RU 2615697 C1 RU2615697 C1 RU 2615697C1 RU 2015154824 A RU2015154824 A RU 2015154824A RU 2015154824 A RU2015154824 A RU 2015154824A RU 2615697 C1 RU2615697 C1 RU 2615697C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fesio
powder
aerosil
hours
cathode material
Prior art date
Application number
RU2015154824A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Анатольевич Попович
Павел Александрович Новиков
Максим Юрьевич Максимов
Алексей Олегович Силин
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Priority to RU2015154824A priority Critical patent/RU2615697C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2615697C1 publication Critical patent/RU2615697C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/34Silicates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/16Metallic particles coated with a non-metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009Forming specific nanostructures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/32Alkali metal silicates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1395Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection 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
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/25Oxide
    • B22F2302/256Silicium oxide (SiO2)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: as initial component, Aerosil (SiO2) nanoscale powder with a surface area of 350-380 m2/g is selected and dried in vacuo for 1-3 hours. Iron oxide and lithium oxide films with a thickness of 1-3 nm are coated on aerosil powder by means of the MLT method to achieve the stoichiometric composition Li2FeSiO4 and the diffusion mixing of the resulting composition Li2FeSiO4 is carried out at 300°C to 500°C for 8-15 hours.
EFFECT: invention allows to obtain a cathode material having a high specific surface area and high specific capacity, with the uniform distribution of the chemical composition in the total powder volume and the defect-free crystal structure.
1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнической области и может быть использовано в аккумуляторных батареях транспортных и космических систем с улучшенными удельными характеристиками.The invention relates to the electrical field and can be used in storage batteries of transport and space systems with improved specific characteristics.

Известен способ получения композиционного катодного материала Li2FeSiO4/графена гидротермальным методом. В качестве начальных компонентов использовали растворы Fe(NO3)3⋅9H2O, тетраэтилортосиликата и LiOH⋅2H2O в этиленгликоле, их смешивали, получая темно-зеленый коллоидный раствор, который помещали в автоклав и выдерживали там при температуре 200°C в течение 6 дней. Для получения композиционного материала Li2FeSiO4/графен, взяли 0.3 г полученного порошка Li2FeSiO4 и гомогенно распределили в 30 мл воды с добавлением 0.03 г PVP и 0.03 г графена. Полученную суспензию высушили путем заморозки, а затем провели термическую обработку в течение определенного времени в атмосфере аргона [Наностержни Li2FeSiO4 соединенные с графеном для аккумуляторов с высокими характеристиками // J. Mater. Chem. A, 2015, 3, стр. 9601-9608].A known method of obtaining a composite cathode material Li 2 FeSiO 4 / graphene hydrothermal method. Solutions of Fe (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O, tetraethylorthosilicate, and LiOH и 2H 2 O in ethylene glycol were used as initial components, they were mixed to obtain a dark green colloidal solution, which was placed in an autoclave and kept there at a temperature of 200 ° C in within 6 days. To obtain a composite material Li 2 FeSiO 4 / graphene, 0.3 g of the obtained Li 2 FeSiO 4 powder was taken and homogeneously distributed in 30 ml of water with the addition of 0.03 g of PVP and 0.03 g of graphene. The resulting suspension was dried by freezing, and then heat treated for a certain time in an argon atmosphere [Li 2 FeSiO 4 nanorods connected with graphene for high-performance batteries // J. Mater. Chem. A, 2015, 3, pp. 9601-9608].

Недостатками способа является многостадийность процесса, сложность в получении бездефектной структуры и чистого химического состава, длительность выдержки в автоклаве, низкая циклическая стабильность полученного материала, а также низкая удельная поверхность полученного порошка.The disadvantages of the method are the multi-stage process, the difficulty in obtaining a defect-free structure and a pure chemical composition, the duration of exposure in an autoclave, low cyclic stability of the obtained material, as well as low specific surface area of the obtained powder.

Известен способ получения пористых микросфер системы Li2FeSiO4/C с использованием технологии спрейной сушки. В качестве начальных компонентов используют порошок железа и лимонную кислоту, которые перемешивают в деионизованной воде. После тщательного перемешивания в раствор добавляют источник кремния и распыляют в спрейной сушке при температуре 108°C. В результате получается порошок зеленого цвета. Зеленый порошок термообрабатывают в трубчатой горизонтальной печи в потоке Ar при температуре 700°C в течение 10 ч, для того чтобы получить конечное соединение Li2FeSiO4/C [Получение и характеризация пористых микросфер системы Li2FeSiO4/C с использованием технологии спрейной сушки // Int. J. Electrochem. Sci., 10, 2015, стр. 4453-4460].A known method of producing porous microspheres of the Li 2 FeSiO 4 / C system using spray drying technology. As initial components, iron powder and citric acid are used, which are mixed in deionized water. After thorough mixing, a silicon source is added to the solution and sprayed in a spray dryer at a temperature of 108 ° C. The result is a green powder. The green powder is heat treated in a horizontal tubular furnace in an Ar stream at a temperature of 700 ° C for 10 h in order to obtain the final compound Li 2 FeSiO 4 / C [Preparation and characterization of porous microspheres of the Li 2 FeSiO 4 / C system using spray drying technology // Int. J. Electrochem. Sci., 10, 2015, pp. 4453-4460].

Недостатками способа является многостадийность процесса, сложность в получении бездефектной структуры и чистого химического состава, сложность поддержания нужной кислотности раствора во время синтеза, низкая удельная емкость полученного катодного порошка, низкая удельная поверхность получаемого порошка.The disadvantages of the method are the multi-stage process, the difficulty in obtaining a defect-free structure and pure chemical composition, the difficulty of maintaining the desired acidity of the solution during synthesis, low specific capacity of the obtained cathode powder, low specific surface of the obtained powder.

Известен способ получения катодного материала Li2FeSiO4/C путем проведения твердофазной реакции в вакууме, выбранный за прототип [Морфология и электрические свойства системы Li2FeSiO4/C, полученной путем проведения твердофазной реакции в вакууме // Materials Chemistry and Physics, 139, 2013, стр. 550-556]. Для получения порошка системы Li2FeSiO4/C в качестве начальных компонентов использовали SiO2, LiCH3COO⋅2H2O и FeC2O4⋅2H2O, все компоненты брали в стехиометрическом соотношении. Вначале все начальные компоненты перемешали в агатовой ступке, далее в качестве источника углерода взяли глюкозу и также интенсивно перемешали. Затем полученную смесь термообработали в течение 10 часов при температуре 650°C в вакууме, давление составляло 0.1 МПа.A known method of producing a cathode material Li 2 FeSiO 4 / C by conducting a solid-phase reaction in vacuum, selected as the prototype [Morphology and electrical properties of the system Li 2 FeSiO 4 / C obtained by conducting a solid-phase reaction in vacuum // Materials Chemistry and Physics, 139, 2013, pp. 550-556]. To obtain the powder of the Li 2 FeSiO 4 / C system, SiO 2 , LiCH 3 COO⋅2H 2 O and FeC2O4⋅2H2O were used as initial components, all components were taken in a stoichiometric ratio. Initially, all the initial components were mixed in an agate mortar, then glucose was taken as a carbon source and also intensively mixed. Then, the resulting mixture was heat treated for 10 hours at a temperature of 650 ° C in vacuum, the pressure was 0.1 MPa.

Недостатками способа является сложность в получении бездефектной структуры и чистого химического состава, низкая удельная емкость полученного катодного порошка, низкая удельная поверхность получаемого порошка, а также неравномерное распределение химического состава по объему.The disadvantages of the method are the difficulty in obtaining a defect-free structure and pure chemical composition, low specific capacity of the obtained cathode powder, low specific surface area of the obtained powder, as well as an uneven distribution of the chemical composition by volume.

Задачей изобретения является получение катодного порошкового материала на основе системы Li2FeSiO4 с высокой удельной поверхностью и высокой удельной емкостью, равномерным распределением химического состава по объему и бездефектной кристаллической структурой.The objective of the invention is to obtain a cathode powder material based on the Li 2 FeSiO 4 system with a high specific surface and high specific capacity, uniform distribution of chemical composition throughout the volume and defect-free crystal structure.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения катодного порошкового материала на основе соединения Li2FeSiO4. В качестве начального компонента выбирали наноразмерный порошок аэросила (SiO2) с удельной поверхностью 350-380 м2/г, далее помещали порошок в установку для нанесения тонких пленок методом молекулярного наслаивания и проводили сушку в вакууме в течение 1-3 часов. После сушки поочередно наносили тонкие пленки оксида железа и оксида лития на порошок до достижения стехиометрического состава Li2FeSiO4, толщины оксида железа и оксида лития варьировали от 1-3 нм. Далее проводили диффузионное перемешивание полученного состава Li2FeSiO4 при температуре от 300°C до 500°C в течение 8-15 часов для формирования гомогенной бездефектной структуры Li2FeSiO4.To solve this problem, a method for producing a cathode powder material based on the compound Li 2 FeSiO 4 is proposed. As the initial component, nanosized aerosil powder (SiO 2 ) with a specific surface area of 350-380 m 2 / g was selected, then the powder was placed in the installation for thin films deposition by molecular layering and drying was carried out in vacuum for 1-3 hours. After drying, thin films of iron oxide and lithium oxide were alternately applied to the powder until the stoichiometric composition of Li 2 FeSiO 4 was reached; the thickness of iron oxide and lithium oxide varied from 1-3 nm. Next, diffusion mixing of the obtained composition of Li 2 FeSiO 4 was carried out at a temperature of 300 ° C to 500 ° C for 8-15 hours to form a homogeneous defect-free structure of Li 2 FeSiO 4 .

При использовании в качестве начального компонента аэросила готовый материал Li2FeSiO4 имеет удельную емкость порядка 300 м2/г, что позволяет значительно увеличить коэффициент диффузии ионов лития из объема катодного материала, что в свою очередь значительно увеличивает удельную емкость. При достижении стехиометрического состава системы Li2FeSiO4 путем нанесения тонких пленок оксида железа и оксида лития на аэросил использована технология молекулярного наслаивания [Атомно-слоевое осаждение: от прекурсоров до тонких пленок // Thin solid films, 2002, 409, стр. 138-146]. Перед запуском процесса молекулярного наслаивания требуется удалить всю влагу из объема аэросила для обеспечения наилучшей конформности покрытий, для чего проводят сушку. В основе метода молекулярного наслаивания лежит прохождение самоконтролируемой гетерогенной реакции, которая позволяет получать бездефектные пленки оксидных систем равномерно на всей поверхности аэросила, что приводит к получению равномерной бездефектной структуры с равномерным распределением химических элементов по объему получаемого катодного материала. Во время нанесения тонких пленок их толщину варьировали от 1-3 нм, величины толщин такого порядка позволяют уже при невысоких температурах от 300 до 500°C производить диффузионное перемешивание химических элементов по объему, вследствие чего происходит образование кристаллической структуры системы Li2FeSiO4 с различными параметрами решетки.When used as an initial component of aerosil, the finished material Li 2 FeSiO 4 has a specific capacity of the order of 300 m 2 / g, which can significantly increase the diffusion coefficient of lithium ions from the volume of the cathode material, which in turn significantly increases the specific capacity. To achieve the stoichiometric composition of the Li 2 FeSiO 4 system by applying thin films of iron oxide and lithium oxide to aerosil, molecular layering technology was used [Atomic layer deposition: from precursors to thin films // Thin solid films, 2002, 409, p. 138-146 ]. Before starting the molecular layering process, it is required to remove all moisture from the aerosil volume to ensure the best conformity of the coatings, for which drying is carried out. The molecular layering method is based on the passage of a self-controlled heterogeneous reaction, which allows one to obtain defect-free films of oxide systems uniformly on the entire surface of the aerosil, which leads to a uniform defect-free structure with a uniform distribution of chemical elements throughout the volume of the obtained cathode material. During the deposition of thin films, their thickness varied from 1-3 nm, the thicknesses of this order allow diffusion mixing of chemical elements in volume even at low temperatures from 300 to 500 ° C, as a result of which the crystal structure of the Li 2 FeSiO 4 system with various lattice parameters.

В качестве начального компонента был выбран наноразмерный порошок аэросила (SiO2) с диапазоном удельной поверхности 350-380 м2/г. При использовании аэросила с удельной поверхностью менее 350 м2/г конечный катодный материал, после нанесения оксидов лития и оксидов железа не будет обладать достаточным коэффициентом диффузии по литию, что приведет к ухудшению электрохимических характеристик. При использовании аэросила с удельной поверхностью более 380 м2/г конечный катодный материал в силу своей высокой активности будет растворяться в электролите. Время сушки аэросила от 1 до 3 часов, при нахождении аэросила в вакууме менее 1 часа вся адсорбировавшаяся влага не испаряется полностью, что приведет к дефектам в наносимых пленках, при сушке более 3 часов с поверхности аэросила начинают улетать поверхностные функциональные группы, что также приводит к ухудшению хемосорбции между аэросилом и оксидами лития и железа. Толщина наносимых на аэросил покрытий оксида железа и оксида лития была определена в диапазоне 1-3 нм, при толщине менее 1 нм не обеспечивается формирование конформных пленок, а толщины более 3 нм не позволяют полноценно проводить диффузионное перемешивание при температурах 300-500°C, что в свою очередь приведет к образованию дефектов в кристаллической структуре и снижению электрохимических характеристик. При диффузионном перемешивании при температуре не менее 300°C и не менее 8 часов не произойдет полного внедрения лития и железа в матрицу аэросила, что приведет к образованию нестехиометрического состава. При термической обработке больше 15 часов при температуре более 500°C будет происходить рост частиц аэросила, покрытого оксидом лития и оксидом железа, что в свою очередь приведет к снижению удельной поверхности и, следовательно, к снижению удельной емкости готового катодного материала.As the initial component, nanosized aerosil powder (SiO 2 ) with a specific surface area range of 350-380 m 2 / g was chosen. When using aerosil with a specific surface of less than 350 m 2 / g, the final cathode material, after applying lithium oxides and iron oxides, will not have a sufficient diffusion coefficient for lithium, which will lead to a deterioration in electrochemical characteristics. When using aerosil with a specific surface of more than 380 m 2 / g, the final cathode material, due to its high activity, will dissolve in the electrolyte. The drying time of aerosil is from 1 to 3 hours, when the aerosil is in vacuum for less than 1 hour, all adsorbed moisture does not evaporate completely, which will lead to defects in the applied films, when drying for more than 3 hours, surface functional groups begin to fly away from the aerosil surface, which also leads to deterioration of chemisorption between aerosil and oxides of lithium and iron. The thickness of the coatings of iron oxide and lithium oxide applied to the aerosil was determined in the range of 1-3 nm, with a thickness of less than 1 nm the formation of conformal films is not provided, and thicknesses of more than 3 nm do not allow full diffusion mixing at temperatures of 300-500 ° C, which in turn, will lead to the formation of defects in the crystal structure and a decrease in electrochemical characteristics. With diffusion stirring at a temperature of at least 300 ° C and at least 8 hours, lithium and iron will not be completely introduced into the aerosil matrix, which will lead to the formation of a non-stoichiometric composition. During heat treatment for more than 15 hours at a temperature of more than 500 ° C, the growth of aerosil particles coated with lithium oxide and iron oxide will occur, which in turn will lead to a decrease in the specific surface and, therefore, to a decrease in the specific capacity of the finished cathode material.

Для получения катодного порошкового материала на основе системы Li2FeSiO4 в качестве начального компонента был выбран аэросил с удельной поверхностью 350-380 м2/г. После проведения сушки в вакууме в течение 1-3 часов на аэросил наносили поочередно тонкие слои оксида лития и оксида железа толщиной от 1 до 3 нм методом молекулярного наслаивания до получения стехиометрического состава Li2FeSiO4. Далее провели диффузионное перемешивание при температуре 300-500°C в течение 8-15 часов, (таблица 1)To obtain a cathode powder material based on the Li 2 FeSiO 4 system, aerosil with a specific surface area of 350-380 m 2 / g was selected as the initial component. After drying in vacuum for 1-3 hours, thin layers of lithium oxide and iron oxide 1 to 3 nm thick were alternately applied to aerosil by molecular layering to obtain the stoichiometric composition of Li 2 FeSiO 4 . Then conducted diffusion mixing at a temperature of 300-500 ° C for 8-15 hours, (table 1)

Figure 00000001
Figure 00000001

Синтезированный порошковый катодный материал на основе системы Li2FeSiO4 обладает высокой удельной поверхностью и высокой удельной емкостью, равномерным распределением химического состава по объему всего порошка и бездефектной кристаллической структурой за счет использования определенных материалов и применения оригинальной технологии, которая характеризуется использованием метода молекулярного наслаивания оксидов лития и железа с последующим диффузионным перемешиванием.The synthesized cathode powder material based on the Li 2 FeSiO 4 system has a high specific surface and high specific capacity, a uniform distribution of the chemical composition throughout the powder and a defect-free crystal structure due to the use of certain materials and the use of original technology, which is characterized by the use of the molecular layering method of lithium oxides and iron followed by diffusion mixing.

Claims (1)

Способ получения катодного материала на основе системы Li2FeSiO4, включающий выбор порошка на основе оксида кремния, отличающийся тем, что в качестве оксида кремния выбирают наноразмерный порошок аэросила с удельной поверхностью 350-380 м2/г, сушат в вакууме в течение 1-3 часов, наносят на порошок аэросила пленки оксида железа и оксида лития толщиной от 1-3 нм методом молекулярного наслаивания до достижения стехиометрического состава Li2FeSiO4, проводят диффузионное перемешивание полученного состава Li2FeSiO4 при температуре от 300°С до 500°С в течение 8-15 часов для формирования бездефектной структуры Li2FeSiO4.A method of producing a cathode material based on the Li 2 FeSiO 4 system , including the selection of a powder based on silicon oxide, characterized in that nanosized aerosil powder with a specific surface area of 350-380 m 2 / g is selected as silicon oxide, dried in vacuum for 1- 3 hours, films of iron oxide and lithium oxide with a thickness of 1-3 nm are applied to the aerosil powder by molecular layering to achieve the stoichiometric composition of Li 2 FeSiO 4 , diffusion mixing of the obtained composition of Li 2 FeSiO 4 is carried out at a temperature of 300 ° C to 500 ° C during e 8-15 hours for the formation of a defect-free structure of Li 2 FeSiO 4 .
RU2015154824A 2015-12-22 2015-12-22 METHOD FOR PRODUCING CATHODE MATERIAL BASED ON SYSTEM Li2FeSiO4 RU2615697C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154824A RU2615697C1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 METHOD FOR PRODUCING CATHODE MATERIAL BASED ON SYSTEM Li2FeSiO4

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154824A RU2615697C1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 METHOD FOR PRODUCING CATHODE MATERIAL BASED ON SYSTEM Li2FeSiO4

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2615697C1 true RU2615697C1 (en) 2017-04-06

Family

ID=58505844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154824A RU2615697C1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 METHOD FOR PRODUCING CATHODE MATERIAL BASED ON SYSTEM Li2FeSiO4

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2615697C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11565941B2 (en) 2020-03-17 2023-01-31 Hagen Schray Composite with lithium silicate and method with a quenching step

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120205595A1 (en) * 2011-02-14 2012-08-16 Basf Se Electrode materials and process for producing them
US20130078519A1 (en) * 2010-06-28 2013-03-28 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Production process for lithium-silicate-based compound
RU2522939C1 (en) * 2013-02-15 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") METHOD OF OBTAINING NANOCRYSTALLINE COMPOSITE CATHODE MATERIALS LixFeyMzSiO4/C
US9136535B2 (en) * 2010-03-01 2015-09-15 Furukawa Electric Co., Ltd. Cathode active material, cathode, secondary battery and manufacturing methods for the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9136535B2 (en) * 2010-03-01 2015-09-15 Furukawa Electric Co., Ltd. Cathode active material, cathode, secondary battery and manufacturing methods for the same
US20130078519A1 (en) * 2010-06-28 2013-03-28 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Production process for lithium-silicate-based compound
US20120205595A1 (en) * 2011-02-14 2012-08-16 Basf Se Electrode materials and process for producing them
RU2522939C1 (en) * 2013-02-15 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") METHOD OF OBTAINING NANOCRYSTALLINE COMPOSITE CATHODE MATERIALS LixFeyMzSiO4/C

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KUN GAO et al, Morphology and electrical properties of Li 2 FeSiO 4 /C prepared by vacuum solid-state reaction, "Material Chemistry and Physics", 2013, Vol.139, No.203, p.p.550-556. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11565941B2 (en) 2020-03-17 2023-01-31 Hagen Schray Composite with lithium silicate and method with a quenching step

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. Atomic layer deposition of ZnO on carbon black as nanostructured anode materials for high-performance lithium-ion batteries
KR101886514B1 (en) Manufacturing method of electrode active material having core-shell structure for all-solid cell
CN105694810B (en) A kind of method that CuO/ porous carbon composite wave-suction materials are prepared for template with ZIF 67
JP2023081903A (en) Stabilized solid garnet electrolyte and method thereof
CN110078034B (en) Preparation method of organic metal framework-coated two-dimensional black phosphorus nanosheet
US9985281B2 (en) Carbonaceous materials for lead acid batteries
KR20150060863A (en) Active material compositions comprising high surface area carbonaceous materials
KR101427033B1 (en) Three Dimensional Graphene Structure and Preparation Method of the Same
Li et al. Enhanced redox kinetics of polysulfides by nano-rod FeOOH for ultrastable lithium–sulfur batteries
JP2016522958A (en) Ceramic electrolyte materials containing modified polycrystalline lithium metal phosphate
RU2615697C1 (en) METHOD FOR PRODUCING CATHODE MATERIAL BASED ON SYSTEM Li2FeSiO4
CN113451566A (en) Composite coated positive electrode material and preparation method and application thereof
CN108083260B (en) High-expansion-volume graphene aggregate and preparation method and application thereof
CN112456536A (en) Solid electrolyte material, fluorine ion battery and preparation method thereof
CN1624960A (en) Surface decorated nano LiMVO4 plus plat material and decoration method
CN111010887A (en) Preparation method of anode material, anode material and lithium ion battery
WO2012176749A1 (en) Solid electrolyte, solid electrolyte membrane, fuel battery cell, and fuel battery
CN111205079B (en) Lanthanum-doped yttrium aluminum garnet ceramic and preparation method thereof
Xie et al. Hollow nano silicon prepared by a controlled template direction and magnesiothermic reduction reaction as anode for lithium ion batteries
RU2634561C1 (en) Method for producing nanocomposition powder anode materials for lithium-ion accumulators
JP7296123B2 (en) Method for producing metal oxide-porous composite and composite of porous carbon material and metal oxide
Musskaya et al. Nanocomposite biomaterials based on hydroxyapatite xerogel
WO2020091723A1 (en) Environmentally preferable method of making solid electrolyte and integration of metal anodes thereof
KR102514609B1 (en) Metal catalyst-porous carbon composite and method for manufacturing thereof
CN114079056B (en) Heterogeneous cavity structural material and preparation method and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210219

Effective date: 20210219