RU2621321C1 - Method of adjusting specific capacity of negative electrode of lithium-ion accumulator - Google Patents

Method of adjusting specific capacity of negative electrode of lithium-ion accumulator Download PDF

Info

Publication number
RU2621321C1
RU2621321C1 RU2016116340A RU2016116340A RU2621321C1 RU 2621321 C1 RU2621321 C1 RU 2621321C1 RU 2016116340 A RU2016116340 A RU 2016116340A RU 2016116340 A RU2016116340 A RU 2016116340A RU 2621321 C1 RU2621321 C1 RU 2621321C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
current density
solution
discharge current
electrodes
Prior art date
Application number
RU2016116340A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Степанович Рудый
Александр Александрович Мироненко
Александр Мордухаевич Скундин
Татьяна Львовна Кулова
Денис Эдуардович Пухов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова"
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова"
Priority to RU2016116340A priority Critical patent/RU2621321C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2621321C1 publication Critical patent/RU2621321C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method for adjusting the specific capacity of the negative electrode of the lithium ion accumulator at a predetermined discharge current density comprises obtaining the batch of negative electrodes by the method of magnetron sputtering of silicon and aluminium targets of an active material of the elemental composition of Si-O-Al onto metallic foil, selecting one electrode as a control sample for determining its specific capacitance at a given discharge current density, wherein the control sample is divided into arbitrary portions, each portion is treated with the solution of hydrofluoric acid concentrated to 46-49% and water at the ratio of HF:H2O=1:100 to HF: H2O=1:1 by volume, the ratio between the specific capacity Q at a given discharge current density J and the processing time of the electrode is set τ, the reasonable electrode portion is determined by the achieved specific capacitance value Q0 at the time value τ0, the entire batch of the electrodes received is treated within the selected conditions.
EFFECT: invention allows to expand the range of adjusting the specific capacitance at a given discharge current density of the negative electrode.
3 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к электротехнике, а именно к области тонкопленочных технологий изготовления литий-ионных аккумуляторов (далее - ЛИА), к способу регулирования удельной емкости при заданной плотности тока разряда отрицательного электрода ЛИА.The present invention relates to electrical engineering, in particular to the field of thin-film technologies for the manufacture of lithium-ion batteries (hereinafter - LIA), to a method for controlling the specific capacity at a given discharge current density of the negative LIA electrode.

Уровень техникиState of the art

Известен способ регулирования удельной емкости композитных пленок SiOx путем изменения при их изготовлении содержания кислорода в аргонокислородной плазме магнетронного разряда, при этом регулируется содержание двуокиси кремния в пленке (патент RU 2474011, опубликовано 27.01.2013). Увеличение удельной емкости при заданной плотности тока в таких электродах ограничено высоким содержанием в них двуокиси кремния. Кремний в соединении с кислородом не может интеркалировать в себя литий, таким образом, в процессе дотирования и делитирования участвует только кремний, не связанный с кислородом, что снижает удельную емкость электрода относительно теоретической емкости чистого кремния.There is a method of controlling the specific capacity of SiO x composite films by changing the oxygen content in an argon-oxygen plasma of a magnetron discharge during their manufacture, while controlling the content of silicon dioxide in the film (patent RU 2474011, published January 27, 2013). The increase in specific capacitance at a given current density in such electrodes is limited by the high content of silicon dioxide in them. Silicon in combination with oxygen cannot intercalate lithium into itself, so only silicon that is not bound to oxygen is involved in the process of subsidizing and delitration, which reduces the specific capacitance of the electrode relative to the theoretical capacity of pure silicon.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ регулирования емкости, включающий подготовку поверхности металлической фольги перед нанесением композитной пленки, нанесение композитной пленки Si-O-Al, определение удельной емкости при заданных плотностях тока разряда и корректировку, если это необходимо, параметров процесса нанесения пленки (Электрохимическая энергетика, 2013, т. 13, №3. с. 136-143).The closest in technical essence to the claimed is a method of regulating the capacity, including preparing the surface of the metal foil before applying the composite film, applying a composite film of Si-O-Al, determining the specific capacitance at a given discharge current densities and adjusting, if necessary, the parameters of the film deposition process (Electrochemical energy, 2013, v. 13, No. 3, p. 136-143).

Известный способ имеет следующие недостатки. Для достижения определенных значений удельной емкости при заданных плотностях тока разряда диапазон регулирования концентрации дополнительных элементов кислорода и алюминия в кремнийсодержащем композите задается как минимальное и максимальное допустимое значение каждого из дополнительных элементов. При сочетании концентраций дополнительных элементов, когда значение концентрации одного из дополнительных элементов максимально, а значение концентрации второго дополнительного элемента минимально, удельная емкость при заданных значениях плотности тока разряда будет принимать минимальное значение. В том случае, когда концентрация кислорода и алюминия в пленке будет превышена относительно допустимых значений, удельная емкость электрода при заданной плотности тока будет меньше необходимых значений. Изготовленная партия таких электродов должна быть забракована, технологический процесс скорректирован и изготовлена новая партия электродов, что приведет к высоким экономическим издержкам.The known method has the following disadvantages. To achieve specific values of specific capacitance at given discharge current densities, the range of regulation of the concentration of additional elements of oxygen and aluminum in a silicon-containing composite is specified as the minimum and maximum allowable value of each of the additional elements. When combining the concentrations of additional elements, when the concentration value of one of the additional elements is maximum, and the concentration value of the second additional element is minimal, the specific capacity at given values of the discharge current density will take a minimum value. In the case when the concentration of oxygen and aluminum in the film is exceeded relative to the permissible values, the specific capacitance of the electrode at a given current density will be less than the required values. The manufactured batch of such electrodes should be rejected, the technological process adjusted and a new batch of electrodes made, which will lead to high economic costs.

Таким образом, диапазон регулирования удельной емкости при заданной плотности тока разряда жестко задан диапазоном регулирования концентраций дополнительных элементов и исключает возможность его расширить.Thus, the range of regulation of specific capacitance at a given discharge current density is rigidly set by the range of regulation of the concentration of additional elements and eliminates the possibility of expanding it.

Задачей предлагаемого способа является расширение диапазона регулирования удельной емкости при заданной плотности тока разряда и концентрации дополнительных элементов кислорода и алюминия в кремнийсодержащих композитных пленках элементного состава Si-O-Al.The objective of the proposed method is to expand the range of regulation of specific capacity at a given density of the discharge current and the concentration of additional oxygen and aluminum elements in silicon-containing composite films of elemental composition Si-O-Al.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе регулирования удельной емкости при заданной плотности тока разряда, включающем подготовку поверхности металлической фольги партии электродов, нанесение активного материала отрицательного электрода ЛИА на основе кремнийсодержащего композита, содержащего дополнительные элементы - алюминий А1 и кислород О, определение удельной емкости при заданных токах разряда на одном из отрицательных электродов ЛИА, дополнительно устанавливают на контрольном электроде возможный диапазон изменения от времени τ обработки электрода в растворе, содержащем концентрированную 46-49%-ную плавиковую кислоту HF и воду Н2O в соотношении по объему от 1:100 до 1:1, его удельной емкости Q при заданной плотности тока J, по ним определяют время обработки в растворе τ0, обеспечивающее требуемые значения емкости Q0 при заданной плотности тока J0, и обрабатывают всю партию электродов время Т0 до достижения ими емкости Q0 при заданной плотности тока J0.The problem is achieved in that in the known method of regulating the specific capacitance at a given density of the discharge current, including preparing the surface of the metal foil of the batch of electrodes, applying the active material of the negative electrode LIA based on a silicon-containing composite containing additional elements - aluminum A1 and oxygen O, determining the specific capacitance at specified discharge currents on one of the negative electrodes of the LIA, a possible range is additionally set on the control electrode change from time τ treatment electrode in a solution containing 46-49% -ing concentrated hydrofluoric acid HF and water H 2 O in a ratio by volume of 1: 100 to 1: 1, its specific capacity Q at a given current density J, thereon determine the processing time in the solution τ 0 , providing the required values of the capacitance Q 0 at a given current density J 0 , and process the entire batch of electrodes time T 0 until they reach the capacitance Q 0 at a given current density J 0 .

Время обработки кремнейсодержащих композитных пленок элементного состава Si-O-Al в растворе, содержащем концентрированную плавиковую кислоту HF и воду Н2О, до достижения необходимых показателей по удельной емкости электрода Q зависит от концентрации плавиковой кислоты в растворе с водой и толщины пленки обрабатываемого электрода.The processing time of silicon-containing composite films of elemental composition Si-O-Al in a solution containing concentrated hydrofluoric acid HF and water Н 2 О, until the required values for the specific capacitance of the electrode Q are reached, depends on the concentration of hydrofluoric acid in the solution with water and the film thickness of the electrode being treated.

Толщины кремнийсодержащих композитных пленок элементного состава Si-O-Al, используемых в качестве активных материалов отрицательного электрода ЛИА, находятся в пределах от 100 нм до 10 мкм. Соответственно время обработки пленок таких толщин в растворах HF:Н2O будет отличаться, примерно, на два порядка. Концентрация HF в растворе I IF:Н2О может изменяться в широких пределах от сильноразбавленной HF:Н2O=1:100 до малоразбавленной HF:Н2O=1:1.The thicknesses of silicon-containing composite films of elemental composition Si-O-Al used as active materials of the negative LIA electrode are in the range from 100 nm to 10 μm. Accordingly, the processing time of films of such thicknesses in HF: H 2 O solutions will differ by approximately two orders of magnitude. The concentration of HF in solution I IF: H 2 O can vary over a wide range from highly diluted HF: H 2 O = 1: 100 to slightly diluted HF: H 2 O = 1: 1.

Так, при соотношении концентрированной 46-49%-ной HF и Н2O равном 1:100 по объему время обработки τ будет составлять от нескольких часов до десятков часов при всех рабочих толщинах пленок, в случае использования раствора HF:Н2O=1:1 время обработки будет составлять от единиц секунд до нескольких сотен секунд в зависимости от толщины обрабатываемой пленки.So, with a ratio of concentrated 46-49% HF and H 2 O equal to 1: 100 by volume, the treatment time τ will be from several hours to tens of hours at all working film thicknesses, in the case of using a solution of HF: H 2 O = 1 : 1 processing time will be from units of seconds to several hundred seconds, depending on the thickness of the processed film.

При реализации процесса обработки электродов в растворе, содержащем HF, существует время, необходимое для перемещения обрабатываемых электродов из ванны травления в ванну промывки электродов в воде для прекращения процесса травления и удаления с поверхности электродов продуктов реакции травления. Это время определяется либо скоростью работы оператора, выполняющего процесс травления, либо скоростью машинного цикла перемещения электродов из одной ванны в другую. Такое время может составлять от единиц до десятка секунд.When implementing the process of treating electrodes in a solution containing HF, there is a time required to move the treated electrodes from the etching bath to the electrode washing bath in water to stop the etching process and remove the etching reaction products from the surface of the electrodes. This time is determined either by the speed of the operator performing the etching process, or by the speed of the machine cycle of the movement of the electrodes from one bath to another. Such a time can be from units to ten seconds.

В случае использования сильноразбавленного раствора HF:Н2О изменение времени обработки электрода в растворе в течение от нескольких секунд до десятка секунд, необходимое для перемещения электродов после обработки в растворе HF:Н2O в ванну промывки электродов в воде, практически не приведет к изменению удельной емкости электрода, но при этом значительно увеличивается трудоемкость изготовления электродов. В случае обработки электрода в растворе HF:Н2O=1:1 время от нескольких секунд до десятка секунд, необходимых для перемещения электрода в ванну промывки, могут составлять величину от единиц % до десятков % от времени обработки τ, что приведет в итоге к значительной ошибке при получении необходимого значения удельной емкости. Наиболее технологичным является время обработки от 3 минут до 15 минут, когда изменение времени обработки от нескольких секунд до десятка секунд не вносит существенных изменений в значение удельной емкости электрода.In the case of using a highly diluted HF: H 2 O solution, a change in the processing time of the electrode in the solution for a few seconds to a dozen seconds, necessary to move the electrodes after processing in the HF: H 2 O solution into the electrode washing bath in water, will practically not lead to a change specific capacitance of the electrode, but this significantly increases the complexity of the manufacture of electrodes. In the case of processing the electrode in a solution of HF: H 2 O = 1: 1, the time from several seconds to ten seconds required to move the electrode into the washing bath can be from units% to tens of% of the treatment time τ, which ultimately leads to significant error in obtaining the required value of specific capacity. The most technologically advanced is the processing time from 3 minutes to 15 minutes, when changing the processing time from a few seconds to a dozen seconds does not make significant changes to the value of the specific capacitance of the electrode.

В итоге для каждой толщины пленки экспериментально выбирают соотношение HF:Н2O с учетом линейной зависимости скорости травления от концентрации HF в растворе и с определенным шагом по времени производят обработку нескольких частей контрольного электрода. Проводят измерение их емкостных характеристик и определяют зависимость удельной емкости Q при заданной плотности тока J от времени обработки частей контрольного электрода τ в выбранном растворе.As a result, for each film thickness, the HF: H 2 O ratio is experimentally chosen, taking into account the linear dependence of the etching rate on the HF concentration in the solution, and several parts of the control electrode are processed with a certain time step. They measure their capacitance characteristics and determine the dependence of the specific capacitance Q at a given current density J on the processing time of parts of the control electrode τ in the selected solution.

Кроме того, при травлении в растворе HF:Н2O пленка становится более пористой за счет удаления части пассивного материала пленки, не участвующего в процессе литирования и делитирования, тем самым скорость взаимодействия кремния и электролита, содержащего ионы лития, увеличивается.In addition, upon etching in an HF: H 2 O solution, the film becomes more porous due to the removal of a part of the passive film material that is not involved in the process of lithiation and delitration, thereby increasing the interaction rate of silicon and an electrolyte containing lithium ions.

Таким образом, при уменьшении доли пассивной части пленки в процессе ее травления в растворе HF:Н2O уменьшается ее плотность, следовательно, увеличивается ее удельная емкость в мА⋅ч/г и скорость взаимодействия пленки кремния с электролитом, что позволяет увеличить рабочие плотности токов разряда отрицательных электродов ЛИА.Thus, with a decrease in the fraction of the passive part of the film during its etching in the HF: H 2 O solution, its density decreases, therefore, its specific capacity in mA⋅h / g and the interaction rate of the silicon film with the electrolyte increase, which makes it possible to increase the working current densities discharge of negative electrodes LIA.

Наилучший вариант реализации способаThe best option for implementing the method

В условиях нового производства способ реализуют следующим образом. На основании технических условий, технологической документации и т.п. принимают значения требуемой емкости электрода при заданной плотности тока разряда кремнийсодержащей композитной пленки элементного состава Si-O-Al. Изготавливают партию отрицательных электродов, в состав которой входит контрольный образец. На нем определяют толщину пленки. Далее на контрольном образце электрода из партии электродов устанавливают возможный диапазон изменения его емкости на требуемой плотности тока от времени травления в растворе, содержащем HF:Н2O. Концентрацию раствора выбирают исходя из толщины пленки на основании предыдущих экспериментальных данных по времени травления пленки таким образом, чтобы время обработки в растворе находилось в пределах 3-15 минут. Далее контрольный образец разделяют на несколько частей, равных количеству проводимых обработок электродов, с разным временем травления, обрабатывают в выбранном растворе и замеряют удельную емкость всех частей контрольного образца на заданной плотности тока. На основании полученных результатов устанавливают зависимость емкости Q на требуемой плотности тока J отрицательного электрода ЛИА от времени τ его травления в растворе, содержащем HF:Н2O. Используя эту зависимость, по требуемому значению емкости Q0 на требуемой плотности тока J0 определяют время травления τ0, которое обеспечивает возможность получения такой емкости на требуемой плотности тока. Затем обрабатывают в растворе, содержащем HF:Н2O, всю партию электродов.In the conditions of new production, the method is implemented as follows. Based on technical conditions, technological documentation, etc. take the values of the required electrode capacitance at a given current density of the discharge of a silicon-containing composite film of elemental composition Si-O-Al. A batch of negative electrodes is made, which includes a control sample. It determines the thickness of the film. Next, on the control sample of the electrode from the batch of electrodes, a possible range of variation of its capacitance at the required current density versus the etching time in a solution containing HF: H 2 O is established. The concentration of the solution is selected based on the film thickness based on previous experimental data on the etching time of the film in such a way so that the processing time in the solution was within 3-15 minutes. Next, the control sample is divided into several parts equal to the number of electrode treatments, with different etching times, processed in the selected solution and the specific capacitance of all parts of the control sample is measured at a given current density. Based on the results obtained, the dependence of the capacitance Q at the required current density J of the negative LIA electrode on the time τ of its etching in a solution containing HF: H 2 O is established. Using this dependence, the etching time is determined from the required value of capacitance Q 0 at the required current density J 0 τ 0 , which makes it possible to obtain such a capacitance at the required current density. Then treated in a solution containing HF: H 2 O, the entire batch of electrodes.

При обработке композитной пленки элементного состава Si-O-Al в растворе HF:Н2O раствор обедняется ионами фтора, что требует корректировки концентрации HF в растворе перед каждой обработкой новой партии электродов. Значительно увеличить время работоспособности раствора плавиковой кислоты можно добавлением в него буферной добавки фтористого аммония NH4F, который поддерживает необходимую концентрацию ионов фтора в растворе.When processing a composite film of elemental composition Si-O-Al in an HF: H 2 O solution, the solution is depleted in fluorine ions, which requires adjustment of the HF concentration in the solution before each treatment of a new batch of electrodes. Significantly increase the working time of a hydrofluoric acid solution by adding a buffer additive of ammonium fluoride NH 4 F, which maintains the necessary concentration of fluorine ions in the solution.

Эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным по прототипу оценивают путем сравнения возможности регулирования удельной емкости на требуемой плотности тока отрицательного электрода ЛИА. Для этого проведен эксперимент. Несколько электродов изготавливают в одном процессе. После нанесения активной пленки элементного состава Si-O-Al на титановую фольгу один из электродов выбирают в качестве контрольного, на нем определяют толщину пленки. Толщина пленки составляет 2 мкм. Контрольный электрод закрывают слоем фоторезиста, стойкого к воздействию кислотных растворов, с лицевой и обратной стороны. Через специальный фотошаблон удаляют фоторезист с части площади электрода со стороны нанесенной пленки таким образом, чтобы остались вскрытые и невскрытые участки электрода. Разделяют контрольный электрод на две примерно равные части, чтобы на каждой части присутствовал вскрытый и невскрытый участок электрода. Проводят травление вскрытых участков электродов в растворе плавиковой кислоты состава HF:NH4F:Н2O (к 100 мл 48%-ной HF добавляют 340 г NH4F и доводят Н2O до объема 1 л, что соответствует соотношению HF:Н2O=1:6): в течение 3 минут - первый участок электрода и 7,5 минут - второй участок электрода. В органическом растворителе удаляют фоторезист, промывают электроды в деионизованной воде и разделяют на каждом электроде травленые и нетравленые участки. Определяют удельную емкость травленых и нетравленых участков электродов при различных плотностях тока разряда.The effectiveness of the proposed method in comparison with the known prototype is evaluated by comparing the possibility of regulating the specific capacitance at the required current density of the negative electrode LIA. For this experiment was conducted. Several electrodes are made in one process. After applying an active film of elemental composition Si-O-Al to a titanium foil, one of the electrodes is selected as a control, and the film thickness is determined on it. The film thickness is 2 microns. The control electrode is closed with a layer of photoresist, resistant to the effects of acid solutions, on the front and back sides. A photoresist is removed through a special photomask from part of the electrode area from the side of the deposited film so that open and unopened portions of the electrode remain. The control electrode is divided into two approximately equal parts, so that an open and unopened portion of the electrode is present on each part. Etched electrodes are etched in a hydrofluoric acid solution of the composition HF: NH 4 F: H 2 O (340 g of NH 4 F are added to 100 ml of 48% HF and H 2 O is adjusted to a volume of 1 L, which corresponds to the ratio HF: H 2 O = 1: 6): within 3 minutes - the first section of the electrode and 7.5 minutes - the second section of the electrode. In an organic solvent, the photoresist is removed, the electrodes are washed in deionized water, and the etched and non-etched sections are separated on each electrode. The specific capacitance of the etched and non-etched sections of the electrodes is determined at various discharge current densities.

Результаты измерения удельной емкости электродов при различных токах разряда представлены на фиг 1.The results of measuring the specific capacitance of the electrodes at various discharge currents are presented in FIG. 1.

Используя эти результаты, установлена корреляционная зависимость удельной емкости на различных плотностях тока разряда отрицательных электродов ЛИА от времени их обработки в указанном растворе. Представленные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что варьированием временем обработки отрицательных электродов элементного состава Si-O-Al в растворе HF:NH4F:Н2O, при соотношении HF:Н2O=1:6 можно в достаточно широком диапазоне регулировать их удельную емкость при заданной плотности тока разряда. Для прототипа же характерны вполне определенные, представленные на фиг.1 под номером 1 значения удельной емкости при различных плотностях тока разряда отрицательного электрода ЛИА. Зависимость под номером 2 на фиг.1 соответствует образцу, обработанному в растворе HF:Н2O=1:6, -3 минуты, зависимость под номером 3 - 7,5 минут. То есть предлагаемый способ дает возможность регулировать значения удельной емкости при различных плотностях тока разряда электрода, а для прототипа такая возможность отсутствует. Кроме того, электроды, имеющие близкую к нулю удельную емкость на высоких плотностях тока в 10С без обработки, как в прототипе, или с малым временем обработки в растворе (3 минуты), начинают функционировать после обработки 7,5 минут.Using these results, a correlation dependence of the specific capacitance at various discharge current densities of the negative LIA electrodes on the time of their processing in the indicated solution was established. The presented experimental results indicate that by varying the processing time of the negative electrodes of the elemental composition of Si-O-Al in a solution of HF: NH 4 F: H 2 O, at a ratio of HF: H 2 O = 1: 6, they can be controlled over a fairly wide range specific capacity at a given discharge current density. The prototype, however, is characterized by well-defined specific capacitance values shown in FIG. 1 as number 1 at various discharge current densities of the negative LIA electrode. The dependence at number 2 in figure 1 corresponds to the sample processed in a solution of HF: H 2 O = 1: 6, -3 minutes, the dependence at number 3 - 7.5 minutes. That is, the proposed method makes it possible to adjust the values of specific capacitance at various current densities of the discharge of the electrode, and for the prototype this is not possible. In addition, electrodes having a specific capacitance close to zero at high current densities at 10 ° C without treatment, as in the prototype, or with a short processing time in solution (3 minutes), begin to function after processing 7.5 minutes.

Достигаемый технический результатAchievable technical result

Заявляемый способ позволяет расширить по сравнению с прототипом диапазон регулирования удельной емкости при заданной плотности тока разряда отрицательного электрода ЛИА элементного состава Si-O-Al без изменения технологических параметров подготовки металлической фольги и нанесения активного материала отрицательного электрода методом магнетронного распыления мишеней Si и А1 в аргонокислородной плазме.The inventive method allows to expand, compared with the prototype, the range of regulation of specific capacitance at a given current density of the discharge of the negative electrode of the LIA of the Si-O-Al elemental composition without changing the technological parameters of preparing the metal foil and depositing the active material of the negative electrode by magnetron sputtering of Si and A1 targets in an argon-oxygen plasma .

Claims (3)

1. Способ регулирования удельной емкости отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора при заданной плотности тока разряда, включающий получение партии отрицательных электродов методом магнетронного распыления кремниевой и алюминиевой мишеней активного материала элементного состава Si-O-Al на металлическую фольгу, выбор одного электрода в качестве контрольного образца для определения его удельной емкости при заданной плотности тока разряда, отличающийся тем, что контрольный образец делят на произвольные участки, каждый участок обрабатывают раствором концентрированной 46-49%-ной плавиковой кислоты и воды в соотношении от HF:H2O=1:100 до HF:Н2О=1:1 по объему с заданным шагом по времени, после чего устанавливают соотношение между удельной емкостью Q при заданной плотности тока разряда J и продолжительностью обработки электрода τ, определяют наиболее приемлемый участок электрода по достигнутой удельной емкости Q0 при значении времени τ0, после чего обрабатывают всю партию полученных электродов в выбранных условиях.1. A method for controlling the specific capacitance of a negative electrode of a lithium-ion battery at a given discharge current density, which includes obtaining a batch of negative electrodes by magnetron sputtering of silicon and aluminum targets of Si-O-Al element composition active material onto a metal foil, selecting one electrode as a control sample to determine its specific capacity at a given discharge current density, characterized in that the control sample is divided into arbitrary sections, each section treated with a solution of concentrated 46-49% hydrofluoric acid and water in a ratio of HF: H 2 O = 1: 100 to HF: H 2 O = 1: 1 in volume with a given time step, and then establish the ratio between the specific capacity Q at a given discharge current density J and the duration of the electrode treatment τ, the most suitable electrode section is determined from the achieved specific capacitance Q 0 at a time value of τ 0 , after which the entire batch of the obtained electrodes is processed under the selected conditions. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предпочтительно обрабатывают раствором концентрированной 46-49%-ной плавиковой кислоты и воды в соотношении от HF:H2O=1:8 до HF:H2O=1:4.2. The method according to p. 1, characterized in that it is preferably treated with a solution of concentrated 46-49% hydrofluoric acid and water in a ratio of HF: H 2 O = 1: 8 to HF: H 2 O = 1: 4. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на этапе обработки раствором плавиковой кислоты в раствор добавляют фтористый аммоний NH4F в качестве буферной добавки.3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that at the stage of treatment with a solution of hydrofluoric acid, ammonium fluoride NH 4 F is added to the solution as a buffer additive.
RU2016116340A 2016-04-26 2016-04-26 Method of adjusting specific capacity of negative electrode of lithium-ion accumulator RU2621321C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116340A RU2621321C1 (en) 2016-04-26 2016-04-26 Method of adjusting specific capacity of negative electrode of lithium-ion accumulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116340A RU2621321C1 (en) 2016-04-26 2016-04-26 Method of adjusting specific capacity of negative electrode of lithium-ion accumulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2621321C1 true RU2621321C1 (en) 2017-06-02

Family

ID=59032108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016116340A RU2621321C1 (en) 2016-04-26 2016-04-26 Method of adjusting specific capacity of negative electrode of lithium-ion accumulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2621321C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU205084A1 (en) * Р. П. Массова , В. П. Зубиков
CN1731599A (en) * 2005-08-05 2006-02-08 吴孟涛 Secondary battery negative pole (anode) and making method
RU2327254C1 (en) * 2004-09-11 2008-06-20 Эл Джи Кем, Лтд. METHOD IMPROVING CHARACTERISTICS OF Si THIN-FILM ANODE OF LITHIUM ACCUMULATOR BATTERY
RU2474011C1 (en) * 2011-11-24 2013-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" Method to manufacture thin-film anode of lithium-ion accumulators based on films of nanostructured silicon coated with silicon dioxide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU205084A1 (en) * Р. П. Массова , В. П. Зубиков
RU2327254C1 (en) * 2004-09-11 2008-06-20 Эл Джи Кем, Лтд. METHOD IMPROVING CHARACTERISTICS OF Si THIN-FILM ANODE OF LITHIUM ACCUMULATOR BATTERY
CN1731599A (en) * 2005-08-05 2006-02-08 吴孟涛 Secondary battery negative pole (anode) and making method
RU2474011C1 (en) * 2011-11-24 2013-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" Method to manufacture thin-film anode of lithium-ion accumulators based on films of nanostructured silicon coated with silicon dioxide

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Электрохимическая энергетика, т.13, 3, с.136-143, 2013. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abd-Elnaiem et al. Parametric study on the anodization of pure aluminum thin film used in fabricating nano-pores template
JP5342746B2 (en) Method for producing electrode from porous material, electrode obtained by the method and corresponding electrochemical system
Geronov et al. Electrochemical Studies of the Film Formation on Lithium in Propylene Carbonate Solutions under Open‐Circuit Conditions
EP1767070A2 (en) Method of fabricating an electrochemical device using ultrafast pulsed laser deposition
JP2007524000A (en) Transparent and conductive oxide films and their production and their use in thin film solar cells
JP7081925B2 (en) Manufacturing method of nanostructured layer
US20150004494A1 (en) Multilayer Si/Graphene Composite Anode Structure
Armini et al. Impact of" Terminal Effect" on Cu plating: theory and experimental evidence
Shenoy et al. Effect of mask wall angle on shape evolution during through‐mask electrochemical micromachining
RU2621321C1 (en) Method of adjusting specific capacity of negative electrode of lithium-ion accumulator
KR20150118304A (en) anode for lithium secondary battery, manufacturing method thereof and lithium secondary battery comprising the same
Pavlov et al. Formation Processes of the Lead‐Acid Battery Negative Plates
JP2011202230A (en) Method of producing metal porous film and metal porous film
US9083034B2 (en) Treated battery separator
Kulova et al. Cyclic voltammetry studies of silicon–aluminum thin-film electrodes synthesized in the presence of oxygen
JP2010505216A5 (en)
Kulova et al. Experimental Study of the Influence of the Porosity of Thin-Film Silicon-Based Anodes on Their Charge-Discharge Characteristics
Matsumoto et al. Impact of FEC additive on SEI structure formed on a carbon negative electrode studied by HAXPES
JP6768054B2 (en) Rapid forming of electrodes
Kulova et al. A study of lithium insertion into electrodes with thin gold films
JP2018519621A5 (en)
KR102582119B1 (en) Anode Active Materials With Silicon Nano Rod For Li Secondary Battery And Manufacturing Methods Thereof
US5417839A (en) Method for manufacturing aluminum foils used as electrolytic capacitor electrodes
CN101521145A (en) Surface treatment unit for semiconductor manufacturing apparatus and manufacturing method thereof
He et al. Thermodynamic Understanding of Formation and Evolution of Solid Electrolyte Interface in Li‐ion Batteries

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20171228

Effective date: 20171228