RU2744449C1 - Silicon-containing active material for negative electrode and method for its production - Google Patents
Silicon-containing active material for negative electrode and method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2744449C1 RU2744449C1 RU2019144288A RU2019144288A RU2744449C1 RU 2744449 C1 RU2744449 C1 RU 2744449C1 RU 2019144288 A RU2019144288 A RU 2019144288A RU 2019144288 A RU2019144288 A RU 2019144288A RU 2744449 C1 RU2744449 C1 RU 2744449C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- negative electrode
- active material
- argon
- monosilane
- Prior art date
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
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к материалам для электродов и способу его получения, конкретно к способу получения сферообразных частиц нанопорошка кремния, покрытых слоем SiOx, где х≤1. Полученные частицы используются в качестве основного компонента анодного материала литий-ионного аккумулятора. Преимуществом получаемых структур является повышение стабильности циклирования анода и увеличение удельной емкости электродного материала.The invention relates to materials for electrodes and a method for its production, specifically to a method for producing spherical particles of silicon nanopowder coated with a layer of SiO x , where x≤1. The resulting particles are used as the main component of the anode material of a lithium-ion battery. The advantage of the obtained structures is an increase in the stability of the anode cycling and an increase in the specific capacity of the electrode material.
Практическое использование анодов на основе кремния требует оптимального размера частиц и структуры, которая не разрушается при многократном внедрении-экстракции лития в материал.The practical use of silicon-based anodes requires an optimal particle size and structure that is not destroyed by repeated insertion-extraction of lithium into the material.
В качестве анодного материала в большинстве литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) используется графит, теоретическая емкость которого 372 мАч/г.При замене графита на кремний возможно повышение удельной емкости материала почти в 10 раз. Однако кремниевые частицы разрушаются при многократном внедрении-экстракции лития. С целью стабилизации циклирования кремниевых электродов предлагается ряд способов.Graphite is used as the anode material in most lithium-ion batteries (LIB), the theoretical capacity of which is 372 mAh / g. When replacing graphite with silicon, it is possible to increase the specific capacity of the material by almost 10 times. However, silicon particles are destroyed by repeated insertion-extraction of lithium. In order to stabilize the cycling of silicon electrodes, a number of methods are proposed.
Наиболее успешные попытки получения анодов на основе кремния для ЛИА основаны на создании наноразмерных кремниевых структур. За счет использования частиц нанометрового размера внедрения и экстракция лития в кремний происходит с одинаковой скоростью в батарее, в результате чего удается стабилизировать процесс литирования. К наиболее перспективным с точки зрения стабильности циклирования кремниевым структурам относятся наночастицы, нанопроволоки, нанотрубки, а также сферические структуры типа «ядро-оболочка», в которых ядро кремния покрыто оксидным слоем SiOx, где х≤1. Оксидный слой на поверхности кремния при малом содержании кислорода (х≤1) является полупроводником и способен стабилизировать форму поверхности нанопорошков кремния в ходе литирования в случае, если толщина оксидного слоя не превышает 2 нм. В качестве методов получения используют химическое осаждение из паровой фазы, химическое осаждение на атомном слое, распыление и различные типы травления. Общим недостатком всех этих методов является дороговизна и низкая скорость производства.The most successful attempts to obtain silicon-based anodes for LIB are based on the creation of nanoscale silicon structures. By using nanometer-sized particles, the insertion and extraction of lithium into silicon occurs at the same rate in the battery, as a result of which it is possible to stabilize the lithiation process. The most promising silicon structures from the point of view of cycling stability are nanoparticles, nanowires, nanotubes, as well as spherical structures of the "core-shell" type, in which the silicon core is covered with an oxide layer SiO x , where x≤1. The oxide layer on the silicon surface with a low oxygen content (x≤1) is a semiconductor and is able to stabilize the surface shape of silicon nanopowders during lithiation if the thickness of the oxide layer does not exceed 2 nm. As production methods, chemical vapor deposition, chemical deposition on an atomic layer, sputtering, and various types of etching are used. A common disadvantage of all these methods is their high cost and low production speed.
Известен способ получения кремниевых наночастиц, покрытых слоем SiOx (Y.L. Chiew, K.Y.Cheong / PhysicaE42(2010)1338-1342), согласно которому оксидный слой толщиной 30 нм осаждают при помощи сухого окисления на кремниевую пластину. Окисленную пластину помещают в графитовый тигель, содержащий небольшое количество активированного углерода. Сверху пластины помещают графитовый брусок. С целью получения нановолокон кремния, покрытых оксидом кремния, образец выдерживают под давлением 10-3 мТорр при температуре 1100-1300°С 1-4 ч. Длина полученных нановолокон составляла порядка 100 мкм. Толщина оксидного слоя 20-30 нм. Диаметр нановолокон 20-40 нм.A known method of producing silicon nanoparticles coated with a layer of SiO x (YL Chiew, KYCheong / PhysicaE42 (2010) 1338-1342), according to which an oxide layer 30 nm thick is deposited by dry oxidation on a silicon wafer. The oxidized plate is placed in a graphite crucible containing a small amount of activated carbon. A graphite bar is placed on top of the plate. In order to obtain silicon nanofibers coated with silicon oxide, the sample is kept under a pressure of 10 -3 mTorr at a temperature of 1100-1300 ° C for 1-4 hours. The length of the obtained nanofibers was about 100 μm. The thickness of the oxide layer is 20-30 nm. The diameter of nanofibers is 20-40 nm.
Недостатком данного способа получения структур «ядро-оболочка» является дороговизна и сложность масштабирования производства. К тому же в связи с тем, что полученные частицы представляют собой нановолокна, при деградации анодных материалов на основе синтезированных данным способом частиц может происходить неравномерное разрушение образца, приводящее к потере емкостных характеристик устройства.The disadvantage of this method of obtaining structures "core-shell" is the high cost and complexity of scaling up production. In addition, due to the fact that the resulting particles are nanofibers, the degradation of anode materials based on particles synthesized by this method may result in uneven destruction of the sample, leading to a loss of the capacitive characteristics of the device.
Известен также способ получения структур «ядро-оболочка» Si-SiOx, в том числе сферических, в котором для получения наночастиц использовалась микроволновая плазменная система атмосферного давления (С. Hoeltgen et al. / Electrochimica Acta 222 (2016) 535-542). Электрическое поле, индуцированное микроволновым излучением, было максимизировано путем настройки трехполюсного тюнера, и отраженная мощность обычно составляла менее 5% от прямой мощности. Волновод был перпендикулярно соединен с инжектором, и плазма образовывалась внутри кварцевой трубки путем зажигания искровым разрядом после впрыскивания Н2 и N2 через вихревое газовое сопло и подачи микроволнового излучения мощностью 3 кВт. SiCl4 испаряли при 200°С и впрыскивали с Н2 через прямолинейное газовое сопло в кварцевую трубку. Воздух поступал в кварцевую трубку со скоростью потока 500 л/мин, чтобы сформировать оболочку SiOx. Расход всех газов точно контролировался с помощью контроллеров массового расхода. HCl, образовавшийся в процессе синтеза, нейтрализовали NaOH во влажном скруббере. Данный способ выбран в качестве прототипа.There is also known a method of obtaining structures "core-shell" Si-SiO x , including spherical, in which a microwave plasma system of atmospheric pressure was used to obtain nanoparticles (S. Hoeltgen et al. / Electrochimica Acta 222 (2016) 535-542). The microwave induced electric field was maximized by tuning a three-pole tuner and the reflected power was typically less than 5% of the forward power. The waveguide was perpendicularly connected to the injector, and plasma was generated inside the quartz tube by spark ignition after injecting H 2 and N 2 through a vortex gas nozzle and applying 3 kW microwave radiation. SiCl 4 was evaporated at 200 ° C and injected with H 2 through a straight-line gas nozzle into a quartz tube. Air entered the quartz tube at a flow rate of 500 L / min to form a SiO x shell. The flow of all gases was precisely controlled using mass flow controllers. The HCl formed during the synthesis was neutralized with NaOH in a wet scrubber. This method is chosen as a prototype.
Использование указанного способа осложнено наличием большого количества реагентов, необходимых для получения кремнийсодержащего нанопроошка, сложностью и дороговизной масштабирования для получения анодного материала в промышленных масштабах.The use of this method is complicated by the presence of a large number of reagents required to obtain a silicon-containing nanopowder, the complexity and high cost of scaling up to obtain an anode material on an industrial scale.
Задачей изобретения является новый кремнийсодержащий активный материал для отрицательного электрода и способ его получения, который позволит повысить стабильность циклирования и удельную емкость анодного материала на основе нанопорошка Si-SiOx. Поставленная задача решается предлагаемым способом получения структур Si-SiOx, включающем подачу моносилана в плазменнный поток аргона, его термическое разложение и образование нанопорошка кремния в реакторе. Получение оксидной пленки на поверхности кремнивыех наночастиц достигается за счет окисления кислородом. Температура и время обработки кремния в среде кислорода определяется требованием образования определенного оксидного слоя толщиной 1-2 нм на поверхности порошка.The objective of the invention is a new silicon-containing active material for a negative electrode and a method for its production, which will improve the cycling stability and specific capacity of the anode material based on Si-SiO x nanopowder. The problem is solved by the proposed method of obtaining structures Si-SiO x , including the supply of monosilane in the plasma flow of argon, its thermal decomposition and the formation of silicon nanopowder in the reactor. The formation of an oxide film on the surface of silicon nanoparticles is achieved through oxidation with oxygen. The temperature and time of silicon processing in oxygen is determined by the requirement for the formation of a specific oxide layer with a thickness of 1-2 nm on the surface of the powder.
Структура кремнийсодержащего активного материала для отрицательного электрода определена методами сканирующей (СЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и приведена на Фиг. 1 (микрофотография СЭМ кремнийсодержащего активного материала для отрицательного электрода) и Фиг. 2 (микрофотография ПЭМ кремнийсодержащего активного материала для отрицательного электрода). Согласно данным, полученным при помощи сканирующего электронного микроскопа Zeiss LEO SUPRA 25, частицы полученного нанопорошка имеют сферическую форму (Фиг. 1). Размеры частиц колеблются от 10 до 100 нм. Диаметр сфер описывается бимодальным распределением в диапазоне от 10 до 145 нм с максимумами около 25 и 45 нм. Средний размер частиц, определенный методом Брунауэра-Эммета-Теллера (Не, 150°С, 2 часа), составил около 40 нм, что вполне согласуется с оценкой на основе данных электронной микроскопии.The structure of the silicon-containing active material for the negative electrode was determined by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) and is shown in FIG. 1 (SEM micrograph of a silicon-containing active material for a negative electrode) and FIG. 2 (TEM micrograph of a silicon-containing active material for a negative electrode). According to the data obtained using a scanning electron microscope Zeiss LEO SUPRA 25, the particles of the resulting nanopowder have a spherical shape (Fig. 1). Particle sizes range from 10 to 100 nm. The sphere diameter is described by a bimodal distribution in the range from 10 to 145 nm with maxima at about 25 and 45 nm. The average particle size determined by the Brunauer-Emmett-Teller method (He, 150 ° C, 2 hours) was about 40 nm, which is in good agreement with the estimate based on electron microscopy data.
Согласно данным просвечивающей электронной микроскопии (JEM-2100 (JEOL, Япония)) частицы обладают сферической формой и имеют структуру типа ядро-оболочка (Фиг. 2). В ядре частицы четко прослеживается направление граней кремниевых кристаллитов. Толщина аморфного слоя оксида кремния составляет 1-2 нм.According to transmission electron microscopy data (JEM-2100 (JEOL, Japan)), the particles have a spherical shape and have a core-shell structure (Fig. 2). In the core of the particle, the direction of the faces of silicon crystallites is clearly traced. The thickness of the amorphous silicon oxide layer is 1–2 nm.
Достижению технического результата способствует то, что суммарный расход смеси моносилана и аргона составляет 155 л/час.The achievement of the technical result is facilitated by the fact that the total consumption of a mixture of monosilane and argon is 155 l / h.
Достижению технического результата способствует также и то, что смесь моносилана и аргона вводилась в плазменный поток аргона при среднемассовой температуре 4600 К.The achievement of the technical result is also facilitated by the fact that a mixture of monosilane and argon was introduced into the plasma flow of argon at a mass-average temperature of 4600 K.
Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем испрашиваемой правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, соотносятся с техническим результатом следующим образом.The essential features of the claimed invention, which determine the scope of the requested legal protection and are sufficient to obtain the above technical result, correlate with the technical result as follows.
За счет контроля расхода потока моносилана и времени его пребывания в зоне высоких температур возможно управлять размером наночастиц кремния с формой близкой к сферической, со средним размером частиц 25-45 нм, с узким распределением частиц по размеру.By controlling the flow rate of monosilane and its residence time in the high-temperature zone, it is possible to control the size of silicon nanoparticles with a shape close to spherical, with an average particle size of 25-45 nm, with a narrow particle size distribution.
Полученные порошки обработанные кислородом с образованием оксидной пленки толщиной 1-2 нм на поверхности кремния обеспечивают равномерную диффузию ионов лития в материал в процессе циклирования, что препятствует деградации электрода при многократном заряде-разряде.The resulting powders treated with oxygen with the formation of an oxide film with a thickness of 1-2 nm on the silicon surface ensure uniform diffusion of lithium ions into the material during cycling, which prevents degradation of the electrode during repeated charge-discharge.
Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения получения высоких технологических показателей процесса и качественного конечного продукта.The above particular features of the invention make it possible to carry out the method in the optimal mode from the point of view of obtaining high technological parameters of the process and a high-quality final product.
Сущность заявляемого изобретения и его преимущества могут быть пояснены следующим примером конкретного выполнения.The essence of the claimed invention and its advantages can be illustrated by the following example of a specific implementation.
Пример 1.Example 1.
Метод получения кремнийсодержащего активного материала для отрицательного электрода, проводится в опытной установке путем разложения моносилана (SiH4) смешанного с газом носителем Ar в потоке аргоновой плазмы.The method of obtaining a silicon-containing active material for a negative electrode is carried out in a pilot plant by decomposition of monosilane (SiH 4 ) mixed with an Ar carrier gas in an argon plasma flow.
Поток аргона при атмосферном давлении нагревается до среднемассовой температуры 4600 К и направляется в реактор. В поток плазмы через коллектор вводится смесь газа носителя (аргона) с газовой смесью моносилана с аргоном с расходом 155 л/час. После введения реагентов в плазму происходит термическое разложение моносилана. После реактора отработанные газы с нанопорошком кремния направляются в теплообменник, где охлаждаются до 40-50°С. Затем продукты реакции попадают на фильтр, где осаждаются на ткани фильтра (фенилоне). Расходы плазмообразующего газа и смеси газа носителя с газовой смесью регулируются по ротаметрам. Показания давления снимаются с манометров. Газы, полученные в ходе процесса, выводятся через вытяжку.The flow of argon at atmospheric pressure is heated to a mass average temperature of 4600 K and sent to the reactor. A mixture of carrier gas (argon) with a gas mixture of monosilane and argon is introduced into the plasma flow through the collector at a flow rate of 155 l / h. After the introduction of the reagents into the plasma, thermal decomposition of monosilane occurs. After the reactor, the exhaust gases with silicon nanopowder are sent to a heat exchanger, where they are cooled to 40-50 ° C. Then the reaction products go to the filter, where they are deposited on the filter cloth (phenylone). The flow rates of the plasma-forming gas and the mixture of the carrier gas and the gas mixture are regulated by rotameters. Pressure readings are taken from pressure gauges. The gases produced during the process are removed through the hood.
Последовательность проведения процесса:The sequence of the process:
1. Проводится полная сборка технологического оборудования.1. Complete assembly of technological equipment is being carried out.
2. Проводится проверка герметичности систем водяного охлаждения плазмотрона, реактора и теплообменника под давлением 0,4 МПа.2. The tightness of the water cooling systems of the plasmatron, reactor and heat exchanger is checked under a pressure of 0.4 MPa.
3. Проводится проверка герметичности газового тракта собранного технологического оборудования под давлением 0,15 МПа.3. Checking the tightness of the gas path of the assembled process equipment under a pressure of 0.15 MPa.
4. Подается плазмообразующий газ с заданным расходом.4. Plasma-forming gas is supplied at a predetermined flow rate.
5. Подается вода на охлаждение аппаратуры с заданным расходом.5. Water is supplied to cool the equipment at a given flow rate.
6. Подается газ-носитель (аргон) с заданным расходом.6. Carrier gas (argon) is supplied at a predetermined flow rate.
7. Проводится поджиг разряда.7. The discharge is ignited.
8. Проводится прогрев системы в течение 4-8 мин до стабилизации температуры газов на входе в фильтр.8. The system is heated for 4-8 minutes until the temperature of the gases at the filter inlet stabilizes.
9. Подается с заданным расходом газовая смесь моносилана с аргоном.9. A gas mixture of monosilane with argon is supplied at a given flow rate.
Время проведения процесса устанавливается исходя из необходимости получения требуемого количества нанопорошка кремния.The time of the process is set based on the need to obtain the required amount of silicon nanopowder.
В течение процесса снимаются показания расхода воды, газов, давления в газовых линиях, показания силы тока, напряжения и полезной мощности.During the process, readings of the flow rate of water, gases, pressure in gas lines, readings of current strength, voltage and useful power are taken.
Последовательность выключения процесса:Process shutdown sequence:
1. Прекращается подача смеси моносилана с аргоном.1. The supply of a mixture of monosilane with argon is stopped.
2. В течение трех минут проводится продувка системы.2. Purge the system for three minutes.
3. Отключается плазмотрон.3. The plasma torch turns off.
4. Перекрываются линии подачи охлаждающей воды.4. The cooling water supply lines are blocked.
5. Перекрываются линии подачи аргона.5. Argon supply lines are blocked.
После отключения генератора, перекрытия газовых и водяных линий производится разбор системы, порошок тщательно счищается с внутренних поверхностей реактора, теплообменника, фильтра, собирается и взвешивается.After turning off the generator, shutting off the gas and water lines, the system is disassembled, the powder is carefully cleaned from the inner surfaces of the reactor, heat exchanger, filter, collected and weighed.
Окисление поверхности сферических частиц нанопорошка кремния осуществляется за счет контролируемого контакта с кислородом при температуре 640 К в течение одного часа до его полного поглощения.Oxidation of the surface of spherical particles of silicon nanopowder is carried out due to controlled contact with oxygen at a temperature of 640 K for one hour until its complete absorption.
Размер и форма полученных частиц определяются методами сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Полученные частицы кремнийсодержащего активного материала для отрицательного электрода имеют сферическую форму, размер наночастиц кремния составляет 25 нм. Толщина оксидного слоя на поверхности кремния составляет 1-2 нм.The size and shape of the resulting particles are determined by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The obtained particles of silicon-containing active material for the negative electrode have a spherical shape, the size of silicon nanoparticles is 25 nm. The thickness of the oxide layer on the silicon surface is 1–2 nm.
Заявляемый способ изготовления кремнийсодержащего активного материала для отрицательного электрода не требует введения дополнительных реагентов, что обеспечивает повышение чистоты получаемого порошка и воспроизводимость характеристик материала.The inventive method of manufacturing a silicon-containing active material for a negative electrode does not require the introduction of additional reagents, which improves the purity of the resulting powder and the reproducibility of the characteristics of the material.
Пример 2.Example 2.
Метод получения кремнийсодержащего активного материала для отрицательного электрода, проводится в опытной установке путем разложения моносилана (SiH4) смешанного с газом носителем Ar в потоке аргоновой плазмы.The method of obtaining a silicon-containing active material for a negative electrode is carried out in a pilot plant by decomposition of monosilane (SiH 4 ) mixed with an Ar carrier gas in an argon plasma flow.
Поток аргона при атмосферном давлении нагревается до среднемассовой температуры 4600К и направляется в реактор. В поток плазмы через коллектор вводится смесь газа носителя (аргона) с газовой смесью моносилана с аргоном с расходом 204 л/час. После введения реагентов в плазму происходит термическое разложение моносилана. После реактора отработанные газы с нанопорошком кремния направляются в теплообменник, где охлаждаются до 40-50°С. Затем продукты реакции попадают на фильтр, где осаждаются на ткани фильтра (фенилоне). Расходы плазмообразующего газа и смеси газа носителя с газовой смесью регулируются по ротаметрам. Показания давления снимаются с манометров. Газы, полученные в ходе процесса, выводятся через вытяжку.The flow of argon at atmospheric pressure is heated to a mass average temperature of 4600K and sent to the reactor. A mixture of carrier gas (argon) with a gas mixture of monosilane and argon is introduced into the plasma flow through the collector at a flow rate of 204 l / h. After the introduction of the reagents into the plasma, thermal decomposition of monosilane occurs. After the reactor, the exhaust gases with silicon nanopowder are sent to a heat exchanger, where they are cooled to 40-50 ° C. Then the reaction products go to the filter, where they are deposited on the filter cloth (phenylone). The flow rates of the plasma-forming gas and the mixture of the carrier gas with the gas mixture are regulated by rotameters. Pressure readings are taken from pressure gauges. The gases produced during the process are removed through the hood.
Последовательность проведения процесса:The sequence of the process:
1. Проводится полная сборка технологического оборудования.1. Complete assembly of technological equipment is being carried out.
2. Проводится проверка герметичности систем водяного охлаждения плазмотрона, реактора и теплообменника под давлением 0,4 МПа.2. The tightness of the water cooling systems of the plasmatron, reactor and heat exchanger is checked under a pressure of 0.4 MPa.
3. Проводится проверка герметичности газового тракта собранного технологического оборудования под давлением 0,15МПа.3. Checking the tightness of the gas path of the assembled process equipment under a pressure of 0.15 MPa.
4. Подается плазмообразующий газ с заданным расходом.4. Plasma-forming gas is supplied at a predetermined flow rate.
5. Подается вода на охлаждение аппаратуры с заданным расходом.5. Water is supplied to cool the equipment at a given flow rate.
6. Подается газ-носитель (аргон) с заданным расходом.6. Carrier gas (argon) is supplied at a predetermined flow rate.
7. Проводится поджиг разряда.7. The discharge is ignited.
8. Проводится прогрев системы в течение 4-8 мин до стабилизации температуры газов на входе в фильтр.8. The system is heated for 4-8 minutes until the temperature of the gases at the filter inlet stabilizes.
9. Подается с заданным расходом газовая смесь моносилана с аргоном.9. A gas mixture of monosilane with argon is supplied at a given flow rate.
Время проведения процесса устанавливается исходя из необходимости получения требуемого количества нанопорошка кремния.The time of the process is set based on the need to obtain the required amount of silicon nanopowder.
В течение процесса снимаются показания расхода воды, газов, давления в газовых линиях, показания силы тока, напряжения и полезной мощности.During the process, readings of the flow rate of water, gases, pressure in gas lines, readings of current strength, voltage and useful power are taken.
Последовательность выключения процесса:Process shutdown sequence:
1. Прекращается подача смеси моносилана с аргоном.1. The supply of a mixture of monosilane with argon is stopped.
2. В течение трех минут проводится продувка системы.2. Purge the system for three minutes.
3. Отключается плазмотрон.3. The plasma torch turns off.
4. Перекрываются линии подачи охлаждающей воды.4. The cooling water supply lines are blocked.
5. Перекрываются линии подачи аргона.5. Argon supply lines are blocked.
После отключения генератора, перекрытия газовых и водяных линий производится разбор системы, порошок тщательно счищается с внутренних поверхностей реактора, теплообменника, фильтра, собирается и взвешивается.After turning off the generator, shutting off the gas and water lines, the system is disassembled, the powder is carefully cleaned from the inner surfaces of the reactor, heat exchanger, filter, collected and weighed.
Окисление поверхности сферических частиц нанопорошка кремния осуществляется за счет контролируемого контакта с кислородом при температуре 640 К в течение одного часа до его полного поглощения.Oxidation of the surface of spherical particles of silicon nanopowder is carried out due to controlled contact with oxygen at a temperature of 640 K for one hour until its complete absorption.
Размер и форма полученных частиц определяются методами сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Полученные частицы кремнийсодержащего активного материала для отрицательного электрода имеют сферическую форму, размер наночастиц кремния составляет 45 нм. Толщина оксидного слоя на поверхности кремния составляет 1-2 нм.The size and shape of the resulting particles are determined by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The obtained particles of silicon-containing active material for the negative electrode have a spherical shape, the size of silicon nanoparticles is 45 nm. The thickness of the oxide layer on the silicon surface is 1–2 nm.
Заявляемый кремнийсодержащий активный материал для отрицательного электрода и способ изготовления кремнийсодержащего активного материала для отрицательного электрода может быть использован в производстве анодного материала. Способ не требует введения дополнительных реагентов, что обеспечивает повышение чистоты получаемого порошка и воспроизводимость характеристик материала.The inventive silicon-containing active material for a negative electrode and a method for manufacturing a silicon-containing active material for a negative electrode can be used in the production of an anode material. The method does not require the introduction of additional reagents, which provides an increase in the purity of the resulting powder and the reproducibility of the characteristics of the material.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019144288A RU2744449C1 (en) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Silicon-containing active material for negative electrode and method for its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019144288A RU2744449C1 (en) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Silicon-containing active material for negative electrode and method for its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2744449C1 true RU2744449C1 (en) | 2021-03-09 |
Family
ID=74857769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019144288A RU2744449C1 (en) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Silicon-containing active material for negative electrode and method for its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2744449C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11590568B2 (en) | 2019-12-19 | 2023-02-28 | 6K Inc. | Process for producing spheroidized powder from feedstock materials |
| US11633785B2 (en) | 2019-04-30 | 2023-04-25 | 6K Inc. | Mechanically alloyed powder feedstock |
| US11717886B2 (en) | 2019-11-18 | 2023-08-08 | 6K Inc. | Unique feedstocks for spherical powders and methods of manufacturing |
| US11839919B2 (en) | 2015-12-16 | 2023-12-12 | 6K Inc. | Spheroidal dehydrogenated metals and metal alloy particles |
| US11855278B2 (en) | 2020-06-25 | 2023-12-26 | 6K, Inc. | Microcomposite alloy structure |
| US11919071B2 (en) | 2020-10-30 | 2024-03-05 | 6K Inc. | Systems and methods for synthesis of spheroidized metal powders |
| US11963287B2 (en) | 2020-09-24 | 2024-04-16 | 6K Inc. | Systems, devices, and methods for starting plasma |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002170561A (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-14 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Electrode active material and nonaqueous system secondary battery |
| RU2313858C2 (en) * | 2003-07-29 | 2007-12-27 | Эл Джи Кем, Лтд. | Negative active material for lithium storage battery and its production process |
| RU2011139109A (en) * | 2009-02-26 | 2013-11-20 | Силикен Кемикалз С.Л. | PSEUDO-LIQUIDED REACTOR FOR HIGH PURITY SILICON |
| US20170033357A1 (en) * | 2014-04-09 | 2017-02-02 | Orange Power Ltd. | Negative electrode active material for secondary battery and method for manufacturig same |
-
2019
- 2019-12-27 RU RU2019144288A patent/RU2744449C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002170561A (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-14 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Electrode active material and nonaqueous system secondary battery |
| RU2313858C2 (en) * | 2003-07-29 | 2007-12-27 | Эл Джи Кем, Лтд. | Negative active material for lithium storage battery and its production process |
| RU2011139109A (en) * | 2009-02-26 | 2013-11-20 | Силикен Кемикалз С.Л. | PSEUDO-LIQUIDED REACTOR FOR HIGH PURITY SILICON |
| US20170033357A1 (en) * | 2014-04-09 | 2017-02-02 | Orange Power Ltd. | Negative electrode active material for secondary battery and method for manufacturig same |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11839919B2 (en) | 2015-12-16 | 2023-12-12 | 6K Inc. | Spheroidal dehydrogenated metals and metal alloy particles |
| US11633785B2 (en) | 2019-04-30 | 2023-04-25 | 6K Inc. | Mechanically alloyed powder feedstock |
| US11717886B2 (en) | 2019-11-18 | 2023-08-08 | 6K Inc. | Unique feedstocks for spherical powders and methods of manufacturing |
| US11590568B2 (en) | 2019-12-19 | 2023-02-28 | 6K Inc. | Process for producing spheroidized powder from feedstock materials |
| US11855278B2 (en) | 2020-06-25 | 2023-12-26 | 6K, Inc. | Microcomposite alloy structure |
| US11963287B2 (en) | 2020-09-24 | 2024-04-16 | 6K Inc. | Systems, devices, and methods for starting plasma |
| US11919071B2 (en) | 2020-10-30 | 2024-03-05 | 6K Inc. | Systems and methods for synthesis of spheroidized metal powders |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2744449C1 (en) | Silicon-containing active material for negative electrode and method for its production | |
| JP7184552B2 (en) | Silicon/carbon composite powder | |
| US20020192137A1 (en) | Phosphate powder compositions and methods for forming particles with complex anions | |
| KR101358867B1 (en) | SiOx-based complex powder, preparation method thereof and the use of the same | |
| JP2003514353A (en) | Electrodes containing particles of specific size | |
| TWI504049B (en) | Battery and method of treating the electrode thereof | |
| CN111936422A (en) | Method for producing silicon oxide powder and negative electrode material | |
| US20240051833A1 (en) | Nanosize powder advanced materials, method of manufacturing and of using same | |
| Nava-Avendano et al. | Plasma processes in the preparation of lithium-ion battery electrodes and separators | |
| Leblanc et al. | Silicon nanopowder synthesis by inductively coupled plasma as anode for high-energy Li-ion batteries | |
| KR20190017328A (en) | Nanoporous silicon, method of manufacturing the same, and lithium ion battery having the same | |
| Jang et al. | Formation of SiOx shell on Si nanoparticles and its effects on electrochemical properties as a Li-ion battery's anode | |
| KR101692443B1 (en) | MANUFACTURING DEVICE OF Si-C USING PLASMA SOURCE AND MANUFACTURING METHOD USING THE SAME | |
| US20230357027A1 (en) | Nano-silicon particles/wire production by arc furnace for rechargeable batteries | |
| Koo et al. | Effect of hydrogen on the microstructure and electrochemical properties of Si nanoparticles synthesized by microwave plasma | |
| KR101574754B1 (en) | MAFACTURING DEVICE OF SiOx USING MICRO WAVE PLASMA SOURCE AND MANUFACTURING METHOD USING THE SAME | |
| US20160016143A1 (en) | APPARATUS FOR MANUFACTURING Si-BASED NANO-PARTICLES USING PLASMA | |
| KR101276240B1 (en) | Preparation method of vanadium pentoxide coated titanium oxide powder using thermal plasma, and the vanadium pentoxide coated titanium oxide powder thereby | |
| Kikkawa | Titanium disulphide thin film prepared by plasma-CVD for lithium secondary battery | |
| KR20230160842A (en) | Three-dimensional lithium anode with capping layer | |
| KR20230067044A (en) | Electrode complex materials and manufacturing method of the same | |
| Shi et al. | Development of plasma technology for the preparation and modification of energy storage materials | |
| Wolf et al. | Microwave assisted modification and coating of carbon materials |