WO2015178790A1 - Электрод для источника электрического тока и способ его получения - Google Patents
Электрод для источника электрического тока и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- WO2015178790A1 WO2015178790A1 PCT/RU2014/000365 RU2014000365W WO2015178790A1 WO 2015178790 A1 WO2015178790 A1 WO 2015178790A1 RU 2014000365 W RU2014000365 W RU 2014000365W WO 2015178790 A1 WO2015178790 A1 WO 2015178790A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- rod
- vanadium oxide
- suspension
- electrode
- autoclave
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 29
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 11
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 8
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims description 6
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 6
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims description 5
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- 229910001194 LixV2O5 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 3
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Inorganic materials [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 10
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 4
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 3
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- SDEKDNPYZOERBP-UHFFFAOYSA-H iron(ii) phosphate Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O SDEKDNPYZOERBP-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910021437 lithium-transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002074 nanoribbon Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical class [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003681 vanadium Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- 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
Definitions
- the claimed group of technical solutions relates to electrical engineering, in particular to electrodes for electric current sources, including lithium-ion current sources.
- cathode materials for lithium-ion current sources based on lithium transition metal oxides are known: Lii + a Ni x CoyMn z 0 2 (see patent application US 20130216701, published August 22, 2013) and lithium ferrophosphate LiFeP0 4 (cm patent application US 20110008678 published January 13, 2011).
- composites of these materials with carbon acetylene black, graphene, carbon nanotubes
- carbon and a polymer binder which are applied to the current collector
- vanadium oxide is in this state in a reduced state, and chemically bound water is also present in the composition. Both of these conditions lead to a decrease in the stored specific energy and significantly reduce the reversibility of the discharge - charge cycles of such a battery.
- the task to which the proposed group of inventions is directed is to realize a high specific capacity and battery cycling by using a material based on vanadium oxide nanoparticles of a special composition and structure obtained from commercially available precursors mixed with carbon black.
- the electroactive material may be a suspension containing rod-like crystals of vanadium oxide, which is deposited and dried on the surface of the current collector.
- Rod-shaped crystals can have the following dimensions: thickness 10-1000 nm, width 50-1000 nm, length 1-1000 microns.
- a fluoropolymer As a hydrophobic polymer binder, a fluoropolymer can be used.
- fluoropolymer a copolymer of Teflon and polyvinylidene fluoride or Teflon can be used.
- reduced graphite oxide can be used.
- Reduced graphite oxide can be obtained from a suspension of oxidized graphite, which is incubated at a temperature of from 160 ° C to 250 ° C for 2-48 hours in an autoclave.
- a method for producing rod-shaped crystals of vanadium oxide includes the following steps: a) an gel, xerogel, or vanadium oxide sol V 2 0 5 is placed in an autoclave and it is kept at a temperature of 160 ° C to 250 ° C for 2-48 hours in an autoclave; b) separating the resulting precipitate;
- the autoclave can be sealed and made of polytetrafluoroethylene or polyether ether ketone.
- the resulting precipitate can be separated by centrifugation.
- gels or xerogels or vanadium sols V 2 0 5 are kept at room temperature in an aqueous LiN03 solution for 0.1 .. 24 h, and then at a temperature of 160 ° C to 250 ° C. for 2-48 hours in an autoclave.
- step d Dry the precipitate in step d. perform at 50-450 ° C in air until a bright yellow product is obtained - rod-shaped powder.
- FIG. 1 image of SEM of rod-shaped crystals V 2 0 5
- FIG. 3 dependence of the specific capacity of a lithium-ion battery with a cathode material based on rod-shaped crystals V 2 0 5 on the cycle number.
- V 2 0 5 is placed in an autoclave and kept at room temperature in an aqueous LiN03 solution for 0.1 .. 24 h, and then at a temperature of 160 ° C to 250 ° C. for 2-48 hours in an autoclave, the V 2 0 5 gels being incubated at a temperature of 150-250 ° C for 8 to 48 hours.
- the autoclave used for this is sealed and is made of polytetrafluoroethylene or polyether ether ketone. Then, the resulting precipitate is then separated, for example, by centrifugation, but it should be understood that any other known method can be used.
- the precipitate obtained in the previous step is washed at least once, then dried until the solvent is completely removed and a powder is obtained rod-like crystals of vanadium oxide from 1 ⁇ m to 20 ⁇ m in length gels or xerogels or vanadium sols V 2 0 5 .
- Laminated structure and ultrafine morphology provides an efficient transport of lithium ions and a high degree of their intercalation.
- a drying mode also leads to improved electrochemical characteristics, in which all water is completely removed and rod-shaped crystals are formed in the highest degree of oxidation.
- a hydrophobic polymer binder but not limited to a fluoropolymer, in particular a copolymer of Teflon and polyvinylidene fluoride or Teflon, is used.
- Reduced graphite oxide obtained from a suspension of oxidized graphite, which is held at a temperature of 160 ° C to 250 ° C for 2-48 hours in an autoclave, is used as carbon black.
- the dried electrode can be used as a positive electrode in a lithium, lithium-air battery and fuel cell of any configuration (thin-film, cylindrical, etc.).
- the resulting electrode and a lithium metal anode separated by a porous separator moistened in a lithium-conducting electrolyte are placed in a sealed battery case.
- a lithium-conducting electrolyte for example, in a 1 M LiC10 4 solution in a mixture propylene carbonate and ethylene carbonate
- the initial capacity of the resulting battery is 500 mAh / g (at current C / 25). Over 20 cycles, the drop in capacity does not exceed 15% (Fig. 3).
- the use of rod-shaped crystals of Li x V 2 0 5 mixed with carbon black as the cathode material for a lithium battery makes it possible to achieve a specific capacity of more than 500 mAh / g.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Заявляемая группа решений относится к способу созданию электроактивного материала для литий-ионных источников тока, а также к электроду на их основе. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является реализация высокой удельной емкости и циклируемости аккумулятора за счет использования материала на основе наночастиц оксида ванадия особого состава и структуры, получаемого из коммерчески доступных прекурсоров, в смеси с ацетиленовой сажей.
Description
ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И СПОСОБ ЕГО
ПОЛУЧЕНИЯ
Заявляемая группа технических решений относится к электротехнике, в частности к электродам для источников электрического тока, в том числе литий-ионных источников тока.
Уровень техники
Из предшествующего уровня техники известны катодные материалы для литий- ионных источников тока на основе литерованных оксидов переходных металлов: Lii+aNixCoyMnz02 (см заявку на вьщачу патента US 20130216701, опубликованную 22.08.2013) и феррофосфата лития LiFeP04 (см заявку на вьщачу патента US 20110008678, опубликованную 13.01.2011). Для создания электроактивного материала используют композиты этих материалов с углеродом (ацетиленовой сажей, графеном, углеродными нанотрубками) или их смеси с углеродом и полимерным связующим, которые наносятся на токосъемник. Основным недостатком данных технических решений является низкая электронная проводимость таких материалов, в связи, с чем для создания электроактивного материала необходимо добавлять большое количество углерода, что значительно снижает удельную емкость электрода. Помимо этого, подобные материалы обладают низкой удельной площадью поверхности, что приводит к низкой удельной емкости (не более 200 мАч/г) и заметной ее деградации в ходе циклирования аккумулятора.
Основным недостатком данных технических решений является низкая электронная проводимость таких материалов, поэтому для создания электроактивного материала необходимо добавлять большое количество углерода, что значительно снижает удельную емкость электрода. Помимо этого, подобные материалы обладают низкой удельной площадью поверхности, что приводит к низкой удельной емкости (не более 200 мАч/г) и заметной ее деградации в ходе циклирования аккумулятора.
Лучшими электрохимическими характеристиками обладают материалы на основе оксида ванадия. В работе см заявку на вьщачу патента US 20120321953 опубликованную 20.12.2012 в качестве катодного материала для литий-ионного аккумулятора предложен композитный материал на основе нанолент, наностержней или нанотрубок оксида ванадия LixV205, модифицированных графеном. Метод изготовления композита представляет собой формирование суспензии наночастиц оксида ванадия и графена в летучем органическом растворителе, и последующее выпаривание растворителя с образованием композитного материала. Основным
недостатком такого материала является то, что достаточно высокая удельная емкость (400 мАч/г) реализуется только при использовании в качестве углеродной добавки графена, который значительно менее доступен, чем традиционная сажа.
Наиболее близкое к заявляемому техническому решению представлено в работе см. заявку на выдачу патента US 20130157138 опубликованную 20.06.2013, где в качестве электроактивного материала используют наностержни H4V30g, имеющие орторомбическую структуру. Для изготовления электроактивного материала используют смесь наностержней H4V308 с ацетиленовой сажей без использования полимерного связующего, при этом достигается удельная емкость 450 мАч/г. Недостатком данного материала является его метод синтеза и следовательно химический состав, использующая малодоступные прекурсоры Η2ν308 и восстановители типа гидразина, что значительно затрудняет промышленное производство таких материалов, а в результате образуется осадок состава H4V308, что можно переписать как 2 H20*3V02. Видно, что оксид ванадия находится при этом в восстановленном состоянии, а так же в составе присутствует химически-связанная вода. Оба этих условия приводят снижению запасаемой удельной энергии и значительно снижают обратимость циклов разряд - заряд такой батареи.
Техническая задача
Задачей, на решение которой направлена предложенная группа изобретений, является реализация высокой удельной емкости и циклируемости аккумулятора за счет использования материала на основе наночастиц оксида ванадия особого состава и структуры, получаемого из коммерчески доступных прекурсоров, в смеси с углеродной сажей.
Решение
Для решения поставленной технической задачи был разработан электрод для источника электрического тока, содержащий токосъемник с электроактивным материалом, причем согласно изобретению электроактивный материал содержит в своем составе стержневидные кристаллы оксида ванадия с формулой LixV205 nH20, где х = 0,01 .. 5, п = 0 .. 5 длиной 0.1 .. 10 мм и толщиной 0.01 .. 1 мкм.
Электроактивный материал может представлять собой суспензию, содержащую стержневидные кристаллы оксида ванадия, которая нанесена и высушена на поверхности токосъемника.
Стержневидные кристаллы могут иметь следующие размеры: толщина 10-1000 нм, ширина 50-1000 нм, длина 1-1000 мкм.
Также для решения выше указанной задачи был разработан способ получения электрода для источника электрического тока, включающий следующие этапы:
a) получают порошок стержневидных кристаллов оксида ванадия;
b) обрабатывают ульразвуком в ацетоне или Ν-метил пиролидоне полученный порошок стержневидных кристаллов оксида ванадия до получения стабильной суспензии;
c) наносят суспензию на токосъёмник источника электрического тока;
d) высушивают суспензию до образования на токосъемнике электроактивного материала.
Суспензию могут получать из порошка стержневидных кристаллов оксида ванадия, сажи, гидрофобной полимерной связки в процентном соотношении по массе x:y:z, где х=70-98, у=2-15, z=0-10.
В качестве гидрофобной полимерной связки может быть использован фторполимер.
В качестве фторполимера может использоваться сополимер тефлона и поливинилиденфторида или тефлон.
В качестве сажи может использоваться восстановленный оксид графита.
Восстановленный оксид графита может быть получен из суспензии окисленного графита, которую вьщерживают при температуре от 160°С до 250°С в течение 2-48 ч в автоклаве.
Кроме того для решения поставленной задачи был разработан способ получения стержневидных кристаллов оксида ванадия, включающий в себя следующие этапы: a) помещают в автоклав гель, или ксероогель, или золь оксида ванадия V205 и вьщерживают его при температуре от 160°С до 250°С в течение 2-48 ч в автоклаве; b) отделяют полученный осадок;
c) промывают по меньшей мере один раз полученный осадок;
d) сушат до полного удаления растворителя и получения порошка стержневидных кристаллов оксида ванадия.
При этом автоклав может быть герметичен и выполнен из политетрафторэтилена или поли-эфир-эфир кетона.
Гели V20 вьщерживают при температуре 150-250°С в течение 8 - 48 часов.
Полученный осадок может быть отделен центрифугированием.
Для получения стержневидных кристаллов длиной от 1 мкм до 20 мкм гели или ксерогели или золи ванадия V205 выдерживаются при комнатной температуре в водном растворе LiN03 в течение 0.1 .. 24 ч, а затем при температуре от 160°С до 250°С. в течение 2-48 ч в автоклаве.
Сушку осадка на этапе d. выполняют при 50-450°С на воздухе до получения ярко- желтого продукта - порошка стержневидных кристаллов.
Перечень фигур
Фиг. 1 - изображение РЭМ стержневидных кристаллов V205
Фиг. 2 - рентгенограмма и кристаллическая структура стержневидных кристаллов
V205
Фиг. 3 - зависимость удельной емкости литий-ионного аккумулятора с катодным материалом на основе стержневидных кристаллов V205 от номера цикла.
Детальное описание решения
Далее приводится подробное описание технических решений в ходящих в группу в одном из вариантов их осуществления.
Для получения электрода литий-ионной батареи необходимо в начале получить стержневидные кристаллы оксида ванадия в качестве прекурсоров могут быть использованы гели, ксерогели и золи оксида ванадия. Они могут быть получены в результате гидролиза органических производных ванадиевой кислоты и поликонденсацией ванадатов в водном растворе в кислой среде. Наиболее простой методикой получения гелей V205 является разложение пероксованадиевых соединений, образованных путем растворения кристаллического V205 в растворе пероксида водорода.
Таким образом для получения стержневидных кристаллов оксида ванадия помещают в автоклав гель, или ксероогель, или золь оксида ванадия V205 и выдерживаются при комнатной температуре в водном растворе LiN03 в течение 0.1 .. 24 ч, а затем при температуре от 160°С до 250°С. в течение 2-48 ч в автоклаве, причем гели V205 выдерживают при температуре 150-250°С в течение 8 - 48 часов. Автоклав, используемый для этого герметичен, и выполнен из политетрафторэтилена или поли- эфир-эфир кетона. После чего затем отделяют полученный осадок например центрифугированием, но следует понимать, что может быть использован и любой другой известный метод.
Полученный на предыдущем этапе осадок промывают, по меньшей мере, один раз, затем сушат до полного удаления растворителя и получения порошка
стержневидных кристаллов оксида ванадия длиной от 1 мкм до 20 мкм гели или ксерогели или золи ванадия V205 .
Полученные стержневидные кристаллы оксида ванадия LixV2Os имеют различный состав (х = 0.01 ... 5, п = 0 ... 5) и имеющие слоистую структуру и закристаллизованные в орторомбической сингонии (Фиг. 2).. Слоистая структура и ультрадисперсная морфология обеспечивают эффективный транспорт ионов лития и высокую степень их интеркаляции. К улучшению электрохимических характеристик приводит также режим сушки, в котором полностью удаляется вся вода и образуются стержневидные кристаллы в наивысшей степени окисления.
После получения основного элемента электрода приступают к его процессу его создания. Способ получения электрода для источника электрического тока, включает следующие этапы: обрабатывают ульразвуком в ацетоне или Ν-метил пиролидоне полученный порошок стержневидных кристаллов оксида ванадия до получения стабильной суспензии, в которую также кроме кристаллов оксида ванадия входят сажа, гидрофобная полимерная связка (например ) в процентном соотношении по массе x:y:z, где х=70-98, у=2-15, z=0-10. В качестве гидрофобной полимерной связки используют, но, не ограничиваясь фторполимер в частности сополимер тефлона и поливинилиденфторида или тефлон. В качестве сажи используют, но, не ограничиваясь, восстановленный оксид графита, полученный из суспензии окисленного графита, которую выдерживают при температуре от 160°С до 250°С в течение 2-48 ч в автоклаве.
После чего наносят суспензию на токосъёмник источника электрического тока, и высушивают суспензию до образования на токосъемнике электроактивного материала.
В результате осуществления вышеописанного способа получают электрод для источника электрического тока, содержащий токосъемник с электроактивным материалом, содержащим электроактивный материал, представляющий собой суспензию, содержащую стержневидные кристаллы оксида ванадия с формулой LixV205»nH20, где х = 0,01 .. 5, п = 0 .. 5 длиной 0.1 .. 10 мм и толщиной 0.01 .. 1 мкм., которая нанесена и высушена на поверхности токосъемника.
Высушенный электрод может быть использован в качестве положительного электрода в литиевом, литий-воздушном аккумуляторе и топливном элементе любой конфигурации (тонкопленочном, цилиндрическом и др.).
Для использования в литиевом аккумуляторе полученный электрод и металлический литиевый анод, разделенные пористым сепаратором, смоченным в литий-проводящем электролите (например, в 1 М растворе LiC104 в смеси
пропиленкарбоната и этиленкарбоната), помещают в герметичный корпус аккумулятора. По результатам гальваностатического разряда, начальная емкость полученного аккумулятора составляет 500 мАч/г (при токе С/25). За 20 циклов падение емкости не превышает 15% (Фиг. 3). Таким образом использование стержневидных кристаллов LixV205 в смеси с углеродной сажей в качестве катодного материала для литиевго аккумулятора позволяет достичь удельной емкости более 500 мАч/г.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.
Claims
1. Электрод для источника электрического тока, содержащий токосъемник с электроактивным материалом, характеризующийся тем, что электроактивный материал содержит в своем составе стержневидные кристаллы оксида ванадия с формулой LixV205 nH20, где х = 0,01 .. 5, п = 0 .. 5 длиной 0.1 .. 10 мм и толщиной 0.01 .. 1 мкм.
2. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что электроактивный материал представляет собой суспензию, содержащую стержневидные кристаллы оксида ванадия, которая нанесена и высушена на поверхности токосъемника..
3. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что стержневидные кристаллы имеют следующие размеры: толщина 10-1000 нм, ширина 50-1000 нм, длина 1-1000 мкм.
4. Способ получения электрода для источника электрического тока, включающий следующие этапы:
a) получают порошок стержневидных кристаллов оксида ванадия;
b) обрабатывают ульразвуком в ацетоне или Ν-метил пиролидоне до получения стабильной суспензии;
c) наносят суспензию на токосъёмник источника электрического тока;
d) высушивают суспензию до образования на токосъемнике электроактивного материала.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что суспензию получают из порошка стержневидных кристаллов оксида ванадия, сажи, гидрофобной полимерной связки в процентном соотношении по массе x:y:z, где х=70-98, у=2-15, z=0-10.
6. Способ по п. 5, причём в качестве гидрофобной полимерной связки используют фторполимер.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве фторполимера используют сополимер тефлона и поливинилиденфторида или тефлон.
8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве сажи используют восстановленный оксид графита.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что восстановленный оксид графита получают из суспензии окисленного графита, которую выдерживают при температуре от 160°С до 250°С в течение 2-48 ч в автоклаве.
10. Способ получения стержневидных кристаллов оксида ванадия для изготовления электродов по п. 1, включающий в себя следующие этапы:
a) помещают в автоклав гель, или ксероогель, или золь оксида ванадия V2O5 и вьщерживают его при температуре от 160°С до 250°С в течение 2-48 ч в автоклаве; b) отделяют полученный осадок;
c) промывают по меньшей мере один раз полученный осадок;
d) сушат до полного удаления растворителя и получения порошка стержневидных кристаллов оксида ванадия.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что автоклав герметичен и выполнен из политетрафторэтилена или поли-эфир-эфир кетона.
12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что гели V205 вьщерживают при температуре 150-250°С в течение 8 - 48 часов.
13. Способ по п. 10, отличающийся тем, что полученный осадок отделяют центрифугированием .
14. Способ по п. 10, отличающийся тем, что для получения стержневидных кристаллов длиной от 1 мкм до 20 мкм гели или ксерогели или золи ванадия V205 вьщерживают при комнатной температуре в водном растворе LiN03 в течение 0.1 .. 24 ч, а затем при температуре от 160°С до 250°С. в течение 2-48 ч в автоклаве.
15. Способ по п. 10, отличающийся тем, что сушку на этапе d. выполняют при 50- 450°С на воздухе до получения ярко-желтого продукта - порошка стержневидных кристаллов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2014/000365 WO2015178790A1 (ru) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | Электрод для источника электрического тока и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2014/000365 WO2015178790A1 (ru) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | Электрод для источника электрического тока и способ его получения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015178790A1 true WO2015178790A1 (ru) | 2015-11-26 |
Family
ID=54554345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2014/000365 WO2015178790A1 (ru) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | Электрод для источника электрического тока и способ его получения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2015178790A1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008300234A (ja) * | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電極材料の製造方法、及び電極材料、並びに非水系リチウムイオン二次電池 |
| US20120321953A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Nanotek Instruments, Inc. | Graphene-enabled vanadium oxide cathode and lithium cells containing same |
| CN103022457A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-03 | 同济大学 | 一种高性能纳米粒状五氧化二钒锂离子电池阴极材料及其制备方法 |
-
2014
- 2014-05-21 WO PCT/RU2014/000365 patent/WO2015178790A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008300234A (ja) * | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電極材料の製造方法、及び電極材料、並びに非水系リチウムイオン二次電池 |
| US20120321953A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Nanotek Instruments, Inc. | Graphene-enabled vanadium oxide cathode and lithium cells containing same |
| CN103022457A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-03 | 同济大学 | 一种高性能纳米粒状五氧化二钒锂离子电池阴极材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| VINOGRADOVA O.P. ET AL.: "Osobennosti formirovaniya mikro- I nanokristallov oksidov vanadiya pri gazofaznom metode sinteza.", FIZIKA TVERDOGO TELA, vol. 50, no. issue 7, 2008, pages 1178 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2016110134A1 (zh) | 一种基于复合正、负极材料的新型电池电容 | |
| Chu et al. | Reduced graphene oxide coated porous carbon–sulfur nanofiber as a flexible paper electrode for lithium–sulfur batteries | |
| EP3168905A1 (en) | Carbon composites | |
| JP6583404B2 (ja) | リチウムイオン電池用アノード材料、該アノード材料を含む負極及びリチウムイオン電池 | |
| JP5971279B2 (ja) | 電極材料の製造方法 | |
| JP6213971B2 (ja) | グラフェン／ＣＮＴ複合体電極装備Ｌｉイオン・スーパーキャパシター及びその製造方法 | |
| KR20140013729A (ko) | 이차전지용 전극 활물질 | |
| KR20140013469A (ko) | 다공성 규소계 전극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| CN110993358A (zh) | 一种柔性锌离子电容器 | |
| US10158116B2 (en) | Method for manufacturing an electrode paste | |
| US20180248178A1 (en) | Anode materials for lithium battery of improved temperature performance | |
| Peng et al. | Hierarchically nitrogen-doped mesoporous carbon nanospheres with dual ion adsorption capability for superior rate and ultra-stable zinc ion hybrid supercapacitors | |
| KR20190123325A (ko) | 알루미늄 2차 배터리용 흑연질 탄소-기반 캐소드 및 제조 방법 | |
| CN111952580A (zh) | 一种水系锌离子电池正极用钒基纳米材料的制备方法 | |
| Zhang et al. | W 18 O 49 nanowire composites as novel barrier layers for Li–S batteries based on high loading of commercial micro-sized sulfur | |
| CN108172760A (zh) | 一种纸复合电极及其制备方法 | |
| JP5924316B2 (ja) | ナトリウムイオン電池用負極活物質およびナトリウムイオン電池 | |
| KR100911891B1 (ko) | 전기이중층 커패시터용 활성탄소물의 제조방법 및 이에의한 전기이중층 커패시터 전극과 이를 이용한 전기이중층커패시터 | |
| Yan et al. | Oxygen-deficient niobium oxide in carbon matrix as anode for lithium-ion battery | |
| Parangi et al. | Titanium dioxide as energy storage material: A review on recent advancement | |
| KR101904111B1 (ko) | 비수계 알루미늄 이온 배터리용 음극재 및 이의 제조방법 | |
| RU2579445C2 (ru) | Электрод для источника электрического тока и способ его получения | |
| WO2015178790A1 (ru) | Электрод для источника электрического тока и способ его получения | |
| JP6271865B2 (ja) | 蓄電デバイスの電極材料の製造方法 | |
| Venugopal et al. | A Simple Synthesis of Co3O4 Nanoparticles Decorated on Multiwalled Carbon Nanotubes Hybrid Material for Rechargeable Li-Ion and Li-Air Batteries |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14892411 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14892411 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |