WO2017058061A1 - Electrode material for rechargeable metal-ion batteries and method of producing same - Google Patents

Electrode material for rechargeable metal-ion batteries and method of producing same Download PDF

Info

Publication number
WO2017058061A1
WO2017058061A1 PCT/RU2016/050030 RU2016050030W WO2017058061A1 WO 2017058061 A1 WO2017058061 A1 WO 2017058061A1 RU 2016050030 W RU2016050030 W RU 2016050030W WO 2017058061 A1 WO2017058061 A1 WO 2017058061A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode material
metal
mixture
material according
formula
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/050030
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Станислав Сергеевич ФЕДОТОВ
Нелли Ракиповна ХАСАНОВА
Александр Шайлович САМАРИН
Евгений Викторович АНТИПОВ
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова"
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 "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова"
Publication of WO2017058061A1 publication Critical patent/WO2017058061A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to electrical engineering, namely to the development of a new type of electrode material based on transition and alkali metal fluoride phosphates for metal-ion batteries for use in large-sized devices in alternative energy.
  • Chemical current sources - batteries - are widespread in various fields of human activity.
  • the main objective of the battery is to provide energy to devices in the absence of direct access to energy networks.
  • the emergence of modern portable electronics has become possible: smartphones, laptops, and laptops.
  • the main components of the battery limiting the specific energy characteristics, are electrode materials.
  • these materials cannot be used in large-scale applications, such as stationary energy storage devices or electric vehicles, due to safety problems associated with the instability of the crystal structure.
  • active oxygen may be released, resulting in ignition of the electrolyte and subsequent destruction of the battery.
  • LiFeP0 4 The most common electrode material for large-sized devices is LiFeP0 4 with an olivine structure, the specific energy consumption of which is 583 Wh / kg.
  • the main disadvantages of this material are associated with a low working potential and, as a consequence, low energy intensity, as well as a rather large change in volume during the cycling process of ⁇ 7%.
  • LiFeP0 4 has low power indices, which are due to the two-phase mechanism of de / intercalation of Li + ions.
  • LiVP0 4 F cathode materials with an energy intensity of 655 Wh / kg have a serious design flaw - a large volume change during charge-discharge processes — 8.5% [Ellis, B. L., Ramesh, T. N. , Davis, LJ M., Goward, GR & Nazar, LF (2011). Chem. Mater. 23, 5138-5148].
  • this type of material has very low kinetic characteristics, namely the diffusion coefficients of Li + ions
  • the objective of the present invention was to create an electrode material with a unique combination of structure and elemental composition, providing a specific energy consumption of more than 600 Wh / kg, capable of operating at cycling speeds above 10 ° C and volume change during cycling not exceeding 5%, i.e. oriented to use in devices for energy storage, including high-power current sources with increased specific energy.
  • the problem is achieved in that as an electrode material for metal-ion batteries used material based on transition and alkali metal fluoride phosphates with the general formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ) with a crystal structure of "potassium-titanyl- phosphate "(KTR), not previously used in combination with the indicated chemical composition in materials for metal-ion batteries, where A is an alkali metal, M is a transition metal, M 'is a metal used as a modifying additive, where 0 ⁇ x ⁇ 0.3; 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • alkali metal (A) is Li and / or Na, and / or K, and / or Rb.
  • Ti, V, Nb, Cr, Mo, Mn, Fe or a mixture thereof is used as the transition metal (M).
  • Mg, Zn, Al, Ga or a mixture thereof is used as a modifying additive ( ⁇ ').
  • the task is also achieved by a method of producing an electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), where K and / or Rb acts as an alkali metal (A), including the production of phosphate Mi_ x M' x O y P0 4 by freeze drying, followed by annealing or ceramic synthesis, followed by mixing the obtained phosphate with AF, AHF 2 , A 2 C0 3 or a mixture of H 4 F and A 2 C0 3 and annealing the resulting mixture.
  • A alkali metal
  • the problem is achieved by the method of obtaining an electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_yOy), where Li and / or Na acts as an alkali metal (A), or a mixture with K and / or Rb, including obtaining an electrode material formulas A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), where K and / or Rb acts as the alkali metal (A), followed by complete or partial replacement of K and / or Rb with Li and / or Na.
  • the substitution of K and / or Rb with Li and / or Na is carried out using ion exchange or electrochemical substitution.
  • the technical result from the use of the proposed technical solution lies in the fact that the obtained electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ) with a crystal structure of potassium titanyl phosphate (KTP), where A represents alkali metal, M is a transition metal, M 'is a metal used as a modifying additive, where 0 ⁇ x ⁇ 0.3; 0 ⁇ y ⁇ 1, which has a specific energy consumption of more than 600 Wh / kg, is capable of operating at cycling speeds above 10 ° C with a volume change during cycling not exceeding 5%.
  • KTP potassium titanyl phosphate
  • the proposed electrode material with a potassium titanyl phosphate (KTP) crystal structure can be classified as high-power electrode materials capable of stable operation at high cycling rates of 10 ⁇ -40C (discharge time 5 minutes - 90 seconds, respectively) with a preservation of more than 50% from the original specific capacity (material with a particle size of the order of 300 nm).
  • the advantages of the proposed electrode material include a small change in volume during electrochemical charge-discharge processes. For a material with the composition AVP0 4 F, this indicator was ⁇ 3%, which makes it possible to repeatedly cycle it (more than 1000 cycles) without significant mechanical deformations leading to destruction of the electrode.
  • Another advantage of the described electrode material is the high ionic conductivity characteristic of this structural type (up to 10 "4 -10 " 5 S / cm).
  • this electrode material is not inferior to known analogues, such as LiVP0 4 F with tavorite structure (655 Wh / kg) and surpasses many others, such as LiFeP0 4 with olivine structure (583 Wh / kg).
  • Energy intensity of the proposed electrode material of composition AVP0 4 F is 600-H560 Wh / kg.
  • volumetric energy density of a new electrode material with a KTP structure is slightly lower in comparison with some known analogues (-2040 Wh / L versus 2135 Wh / L for LiFeP0 4 and 2140 Wh / L for LiVP0 4 F with a tavorite structure), however, in many areas of application associated with large-sized devices (for example, in alternative energy), this characteristic is not critical.
  • the declared electrode material exhibits electrochemical activity in different ranges of potential values: at a potential value above 3.0 V (relative to Li / Li + ), the material acts as a cathode, at a potential value below 2.5 V it exhibits the properties of the anode material.
  • iP0 4 F, RbVP0 4 F, KV 0 .75Cr 0.25 PO 4 F, KVPC F 0 .5O0.5, KTiP0 4 F, LiVP0 4 F, etc. are analyzed by the spectrum of physicochemical methods necessary for the art.
  • the chemical composition of the samples was confirmed by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (AES-IP) using an Agilent ICP-OES 5100 spectrometer (Agilent Technologies) and a local X-ray spectral analysis using a transmission electron microscope (PEM-LRSA) with correction of the abbreviation Titan G3 at operating voltage 120 kV. So, for example, in the KVP0 4 F material, the K: V: P ratio is 1.00 (5): 1.10 (8): 1.13 (5), which corresponds within the permissible error to the chemical formula ascribed.
  • Particle morphology of the above materials was studied by scanning electron microscopy (SEM) on a Carl Zeiss NVision 40 instrument using a LaB 6 field emission cathode and an In-Lens detector at an accelerating voltage of 10–20 kV. Particles of the material have an oval shape with linear dimensions of 100- ⁇ 500 nm.
  • the residual carbon content in the samples was determined by thermogravimetry (TG) in an air atmosphere using a thermal analyzer TG-DSC STA-449 apparatus (Netzsch, Germany) and does not exceed 5% of the mass.
  • the crystal structure of the electrode material of the claimed formula is constructed from the connected vertices of the blaze ⁇ _ ⁇ 0 ' ⁇ 0 4
  • Oxide-Coupled Chemical Company 2 (X F, O) octahedra, forming zigzag chains, interconnected by P0 4 tetrahedra into a strong three-dimensional framework, in the extended cavities of which there are alkali metal atoms .
  • X F, O
  • octahedra forming zigzag chains, interconnected by P0 4 tetrahedra into a strong three-dimensional framework, in the extended cavities of which there are alkali metal atoms .
  • X F, O
  • octahedra forming zigzag chains, interconnected by P0 4 tetrahedra into a strong three-dimensional framework, in the extended cavities of which there are alkali metal atoms .
  • Example 17 To measure the electrochemical properties of the claimed electrode material, electrodes were prepared (Example 17), then two-electrode pressure cells were assembled (Example 18). As a result of the measurements, it was found that the claimed electrode material exhibits electrochemical activity in the potential ranges 1. (H5.1 V rel. Li / Li + depending on the chemical composition and can serve as a material for the positive electrode (cathode,> 3 V) and for the negative one (anode, ⁇ 2.5 V). So, for example, a material of the formula KVP0 4 F demonstrates the properties of a high-voltage cathode material - potential range 3.0 ⁇ -4.8 V rel. Li / Li + , theoretical specific capacity 130 Ah / kg.
  • Electrochemical processes in the claimed electrode material are characterized by high flow rates. So for a material of the composition LiVP0 4 F, the diffusion coefficients of Li + ions calculated by the method of potentiostatic discontinuous titration are 10 –9- ⁇ – 13 cm 2 / s, with a low polarization value of not more than 50 mV at a cycling rate of C / 10, and a small loss specific capacity with prolonged cycling -25% per 100 cycles at a cycling speed of 1C.
  • the inset shows the crystal structure of KVP0 4 F corresponding to the structural type of KTP.
  • FIG. Figure 2 shows the valence force maps for the electrode material A) of composition KVP0 4 F and B) of composition LiVP0 4 F.
  • Blue (1) indicates the octahedra Mi_ x M ' x 0 6 -2yF2y, orange (2) indicates the tetrahedrons P0 4 , white spheres (3) - K + ions.
  • FIG. Figure 3 shows the spectrum of characteristic electron losses (VL 2 , 3-edge) for the electrode material of composition KVP0 4 F.
  • FIG. 4 shows the IR spectrum of the electrode material composition KVP0 4 F.
  • FIG. Figures 5–7 show the results of electrochemical testing of an electrode material of composition KVP0 4 F in a model cell in the potential range 2.0–4.7 V rel. Li / Li + , at room temperature, where in FIG. 5 shows galvanostatic cycling curves at a speed of C / 5; in FIG. 6 - bit curves at various cycling speeds; in FIG. 7 - dependence of the specific capacity on the cycle number at various cycling rates.
  • the specific energy consumption of the material Wh / kg
  • Ah / kg the average value of the potential (V).
  • FIG. Figures 8–10 present the results of electrochemical testing of the electrode material of the composition LiVP0 4 F obtained by charging the initial KVP0 4 F electrodes to 4.8 V rel. Li / Li + at a speed of C / 20, keeping at this potential for 5 hours to remove K + ions and subsequent washing with dimethyl carbonate. Based on the obtained electrodes, model two-electrode cells were assembled, which were tested in the potential range 2.0 ⁇ -4.7 V rel. Li / Li + , at room temperature, where in FIG. 8 shows galvanostatic cycling curves at a speed of C / 5; in FIG. 9 - bit curves at various cycling speeds; in FIG. 10 - dependence of the specific capacity on the cycle number at various cycling speeds.
  • the specific energy consumption of the material (Wh / kg) is defined as the product of the specific capacity (Ah / kg) by the average value of the potential (V).
  • the electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ) with a KTP structure is synthesized by a two-stage ceramic method.
  • Mi_ x M ' x O y P0 4 phosphate is synthesized, which can be obtained using the freeze-drying method or traditional ceramic synthesis.
  • monosubstituted or disubstituted ammonium phosphate (NH 4 H 2 P0 4 or (NH 4 ) 2 HP0 4 ) and the corresponding salts of the transition metal M and metal M 'are dissolved in distilled H 2 0 with constant stirring at 5 ⁇ -100 ° C, with the addition of a carbon source and a reducing agent.
  • the resulting solution is sprayed into liquid nitrogen and sublimated at a pressure of no higher than 10 " atm for 48 ⁇ -72 hours.
  • the obtained cryogranulate is annealed at 70 ( ⁇ 900 ° ⁇ for 3 ⁇ 10 hours, controlling the partial pressure of oxygen in the system depending on on the oxidation state of the transition metal used in the electrode material.
  • ascorbic acid Ascorbic acid, citric acid, acetic acid, glucose, and sucrose can be used.
  • the resulting Mi_ x M ' x O y P0 4 is mixed with AF, AHF 2 , A 2 C0 3 or a mixture of NH 4 F and A 2 C0 3 and annealed in a stream of argon (or nitrogen) at 550-n575 ° ⁇ within 30 minutes, followed by hardening to room temperature.
  • the amount of residual soot in phosphate Mi_ x M ' x O y P0 4 is determined chemically or by thermogravimetric methods.
  • the result is an electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), crystallizing in rhombic syngony.
  • the composite material 60-99% of the mass of the obtained electrode material is thoroughly mixed with one or more electrically conductive additives and one or more binders.
  • the content of electrically conductive additives in the composition of the composite material can vary from 0.5% to 20% of the mass, the binder can also vary from 0.5% to 20% of the mass.
  • the mixture is uniformly applied to an aluminum or copper substrate (current collector), pre-dried and rolled on rollers. Then cut out electrodes with a diameter of 16 mm, weighed and finally dried under reduced pressure (10 " atm) at 1 10 ° C for 4 hours to remove residual water and solvent [Thorat IV, Mathur V., Harb JN, Wheeler DR (2006) , Journal of Power Sources, 162, 673-678].
  • the thickness of the layer of active material is usually approximately in the range of 1-500 microns, preferably 2-100 microns, taking into account the purpose of the battery and the value of ionic conductivity.
  • electrically conductive additive in particular graphite, carbon black, carbon nanotubes, fullerene, conductive polymeric materials based on polyaniline, polypyrrole, polyethylene dioxithiophene or mixtures thereof.
  • the electrically conductive additive is not limited to the listed examples.
  • Well-known materials that are currently used as electrically conductive additives for a lithium-ion battery may be used. These electrically conductive additives may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • polyvinylidene fluoride in N-methylpyrrolidone (pVdF) and its modifications (for example, Solef ® 6010, Solef ® 6020, Solef ® 5130, Solef ® 21216), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET) can be used.
  • PAN polyacrylonitrile
  • PI polyimide
  • PA polyamide
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • Fluoroplast or Teflon is preferably used as perfluoropolyethylene.
  • electrochemical cells with a non-aqueous electrolyte, a separator and a counter electrode are collected, then electrochemical tests are carried out.
  • an electrolyte it is preferable to use a solution of LiPF 6 salt, or LiBF 4 in a mixture of alkyl carbonates or sulfones with a salt concentration of 0.5 to 2 mol / L.
  • alkyl carbonates a mixture of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), the volume ratio of which can vary, is used.
  • sulfones it is preferable to use ethyl methyl sulfone, tetramethylene sulfone.
  • Borosilicate glass, fluoroplastic, polyamide, commercial membranes made of polyethylene or polypropylene or polyethylene terephthalate with or without ceramic are used as a separator.
  • the electrode material KVP0 4 F was synthesized by a two-stage ceramic method.
  • VP0 4 phosphate was obtained by freeze-drying.
  • the starting reagents 1.75 g of NH 4 V0 3 and 1.68 g of NH 4 H 2 P0 4 were dissolved in 250 ml of distilled ⁇ 2 0 with constant stirring at 80 ° ⁇ , with the addition of 1.70 g ascorbic acid.
  • the resulting solution was sprayed into liquid nitrogen and subjected to sublimation at a pressure of 10 atm. within 72 hours.
  • the obtained cryogranulate was annealed at 850 ° C for 5 hours.
  • the obtained 2.15 g of VP0 4 was mixed with 1.16 g of KHF 2 in a 1: 1 molar ratio (the amount of residual carbon black in VP0 4 phosphate was determined chemically or by thermogravimetric methods) and annealed in an argon stream at 600 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
  • * - unit cell parameters can vary within the value of three standard deviations.
  • the electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 1, only V 2 Os and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components.
  • the electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 1, except that in the second stage 0.55 g of NH 4 F and 1.01 g of K 2 C0 3 were added to 2.15 g of the obtained VP0 4 , thoroughly ground and homogenized, and then annealed in a stream of argon at 600 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
  • the electrode material KVP0 4 F was synthesized by a two-stage ceramic method.
  • vanadium phosphate VP0 4 was obtained by the ceramic method.
  • 1.75 g of NH 4 V0 3 , 1.68 g of NH 4 H 2 P0 4, and 0.10 g of carbon black were thoroughly ground and homogenized in a ball mill, and then annealed at 850 ° ⁇ in an argon flow for 15 hours.
  • Example 5 The electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 4, only V 2 O 5 and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components .
  • Example 6 The electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 4, only V 2 O 5 and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components .
  • Example 6 The electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 4, only V 2 O 5 and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components .
  • Example 6 The electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 4, only V 2 O 5 and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components .
  • the electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 4, except that in the second stage 0.55 g of NH 4 F and 1.01 g of K 2 COz were added to 2.15 g of the obtained VP0 4 , carefully triturated and homogenized, and then annealed in a stream of argon at 600 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
  • the electrode material KV 0. 9AI 0.1 PC F was synthesized by the two-stage ceramic method.
  • phosphate V 0. 9AI 0.1 PC was obtained by freeze-drying.
  • 1.57 g of NH 4 V0 3 and 1.67 g of NH 4 H 2 P0 4 were dissolved in 250 ml of distilled ⁇ 2 0 with constant stirring at 80 ° ⁇ , with the addition of 1.70 g of ascorbic acid.
  • Thereto was added 0.56 g ⁇ 1 ( ⁇ 0 3) 3 ⁇ 9 ⁇ 2 0.
  • the resulting solution was sprayed into liquid nitrogen and subjected to sublimation under a pressure of 10 "atm. For 72 hours.
  • the electrode material KV 0. 9AI 0.1 PC F was synthesized according to the scheme described in example 7, only V 2 O 5 and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components .
  • Example 9 The electrode material KV 0. 9AI 0.1 PC F was synthesized according to the scheme described in example 7, only V 2 O 5 and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components .
  • Example 9 The electrode material KV 0. 9AI 0.1 PC F was synthesized according to the scheme described in example 7, only V 2 O 5 and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components .
  • Electrode material RbVP0 4 F was synthesized in a two step method of the ceramic circuit to that described in Example 6, but instead of K 2 C0 3 was used Rb 2 C0 3.
  • the electrode material KVo .7 sCro .25 P0 4 F was synthesized by a two-stage ceramic method.
  • Vo .75 Cro .2 sP0 4 phosphate was obtained by freeze-drying.
  • 1.31 g of NH 4 V0 3 and 1.68 g of NH 4 H 2 P0 4 were dissolved in 250 ml of distilled H 2 0 with constant stirring at 80 ° C, with the addition of 1.70 g of ascorbic acid.
  • 1.50 g of Cr (N0 3 ) 3 -9H 2 0 was added to the resulting solution.
  • the resulting solution was sprayed into liquid nitrogen and sublimated at a pressure of 10 atm. within 72 hours.
  • the obtained cryogranulate was annealed in a stream of argon (or nitrogen) at 850 ° C for 5 hours.
  • Electrode material KVP0 4 Fo.sOo.5 ceramic synthesized in a two step method Electrode material KVP0 4 Fo.sOo.5 ceramic synthesized in a two step method.
  • VOo phosphate was obtained by freeze-drying . sP0 4 .
  • the resulting solution was sprayed into liquid nitrogen and sublimated at low pressure for 72 hours.
  • the obtained cryogranulate was annealed at 700 ° C for 10 hours in a stream of argon or nitrogen.
  • VOo.sP0 4 In the second stage, 2.20 g of the obtained VOo.sP0 4 was mixed with 1.11 g of KHF 2 in a 1: 1 molar ratio (the amount of residual soot in VOo phosphate . SP0 4 was determined by thermogravimetry) and annealed in an argon stream at 600 ° ⁇ for 90 minutes followed by hardening to room temperature.
  • the electrode material KTiP0 4 F was synthesized by a two-stage ceramic method.
  • TiP0 4 phosphate was obtained by the ceramic method.
  • 1.20 g of TiO 2 and 1.68 g of NH 4 H 2 P0 4 were carefully ground and homogenized in a ball mill, and then annealed at 950 ° ⁇ in a stream of argon and hydrogen for 20 hours.
  • Example 13 The electrode material KTiP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 12, except that in the second stage, 0.55 g of NH 4 F and 1.01 g of K 2 CO 3 were added to 2.12 g of the obtained TiP0 4 , carefully triturated and homogenized, and then annealed in a stream of argon at 700 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
  • a composite material based on an electrode material of composition KVP0 4 F was obtained by thoroughly mixing 70% of the mass, the active material KVP0 4 F, 15% carbon black (Carbon Super-C) used as an electrically conductive additive, and 15% polyvinylidene fluoride used as a binder. Galvanostatic and potentiostatic measurements were carried out in two-electrode clamping cells with a lithium anode. A solution of LiPF 6 in a mixture of alkyl carbonates (EC ethylene carbonate, DMC dimethyl carbonate, PC propylene carbonate) was used as an electrolyte, borosilicate fiberglass, polymer membranes were used as a separator.
  • the electrode material LiVP0 4 F was obtained by electrochemical substitution of K for Li.
  • the initial KVP0 4 F electrodes were charged in an electrochemical cell with a Li anode up to 4.8 V rel. Li / Li + at a speed of C / 20, kept at this potential for 5 hours to remove K + ions and washed with dimethyl carbonate.
  • model two-electrode cells were assembled, which were cycled in the potential range 2.0 ⁇ -4.7 V rel. Li / Li + and discharged to a potential of 2.0 V.
  • the electrode material LiVP0 4 F was obtained by ion exchange of K for Li.
  • the starting material KVP0 4 F was kept in a solution of LiBr (or L1NO 3 ) in absolute ethanol (or acetonitrile) with constant stirring and a temperature of 60 ° C for 48 hours.
  • the electrodes were prepared by thoroughly mixing 80% of the mass, KVP0 4 F active material, 10% of the mass, Carbon Super-C carbon black and 10% of a binder, which was used as polyvinylidene difluoride dissolved in irri special purpose-methylpyrrolidone. The mixture was uniformly applied to an aluminum substrate (current collector), previously dried and rolled on rollers. Then, electrodes were cut to 16 mm diameter, weighed and finally dried at 10 "atm at 110 ° C for 4 hours to remove residual water and solvent.
  • electrochemical cells were assembled in an inert box (M-Braun), in which 1M LiPF 6 solution in an EC: DMC mixture (1: 1 by volume) and borosilicate glass were used as an electrolyte as a separator.
  • M-Braun inert box
  • 1M LiPF 6 solution in an EC: DMC mixture (1: 1 by volume) and borosilicate glass were used as an electrolyte as a separator.
  • a series of electrodes was prepared by thoroughly mixing X% mass, KVP0 4 F active material, Y% mass, Carbon Super-C carbon black and Z% binder, which was used as a commercial Solef ® 5130 binder dissolved in irritable naph. The values of X, ⁇ , Z are shown in table 3. The mixture was uniformly applied to the substrate (current collector), pre-dried and rolled on rollers. Then, electrodes were cut to 16 mm diameter, weighed and finally dried at 10 "atm at 110 ° C for 4 hours to remove residual water and solvent.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

The invention relates to electrical engineering, and more particularly to the development of a novel type of electrode material based on fluorophosphates of transition and alkali metals for rechargeable metal-ion batteries for use in large-scale devices in alternative energy sources. Proposed is an electrode material having the formula A(M1-xM'x)PO4(F1-yOy) with a potassium titanyl phosphate (KTP) crystal structure, where A is an alkali metal, M is a transition metal, and M' is a metal used as a modifying additive, where 0≤х≤0.3; 0≤у≤1, said material having a specific energy of more than 600 Wh/kg and being capable of functioning at cycling rates greater than 10C with a change in volume of no more than 5% during cycling.

Description

ЭЛЕКТРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ МЕТАЛЛ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, ЭЛЕКТРОД И АККУМУЛЯТОР НА ОСНОВЕ  ELECTRODE MATERIAL FOR METAL-ION BATTERIES, METHOD OF ITS PRODUCTION, ELECTRODE AND BATTERY BASED ON
ЭЛЕКТРОДНОГО МАТЕРИАЛА  ELECTRODE MATERIAL
Область техники Technical field
Изобретение относится к электротехнике, а именно к разработке нового типа электродного материала на основе фторидофосфатов переходных и щелочных металлов для металл-ионных аккумуляторов для применения в крупногабаритных устройствах в альтернативной энергетике.  The invention relates to electrical engineering, namely to the development of a new type of electrode material based on transition and alkali metal fluoride phosphates for metal-ion batteries for use in large-sized devices in alternative energy.
Уровень техники State of the art
Химические источники тока - аккумуляторы - широко распространены в различных областях человеческой деятельности. Основная задача аккумулятора - обеспечение энергией устройств в отсутствие прямого доступа к энергетическим сетям. В частности, благодаря литий-ионным аккумуляторам стало возможным появление современной портативной электроники: смартфонов, лэптопов, ноутбуков. Основными компонентами аккумулятора, ограничивающими удельные энергетические характеристики, являются электродные материалы.  Chemical current sources - batteries - are widespread in various fields of human activity. The main objective of the battery is to provide energy to devices in the absence of direct access to energy networks. In particular, thanks to lithium-ion batteries, the emergence of modern portable electronics has become possible: smartphones, laptops, and laptops. The main components of the battery, limiting the specific energy characteristics, are electrode materials.
В настоящее время в аккумуляторах, применяемых в мобильных устройствах, используются материалы на основе слоистых оксидов LiM02 (М = Mn, Со, Ni). Однако, несмотря на довольно высокую удельную емкость, данные материалы не могут использоваться в крупномасштабных приложениях, таких как стационарные накопители энергии или электротранспорт, ввиду проблем с безопасностью, связанных с неустойчивостью кристаллической структуры. При работе таких материалов, особенно при неравномерном заряжении или перезаряжении, может произойти выделение активного кислорода, приводящее к возгоранию электролита и последующему разрушению аккумулятора. Currently, the batteries used in mobile devices use materials based on layered oxides LiM0 2 (M = Mn, Co, Ni). However, despite the relatively high specific capacity, these materials cannot be used in large-scale applications, such as stationary energy storage devices or electric vehicles, due to safety problems associated with the instability of the crystal structure. During the operation of such materials, especially during irregular charging or recharging, active oxygen may be released, resulting in ignition of the electrolyte and subsequent destruction of the battery.
Наиболее распространенным электродным материалом для крупногабаритных устройств является LiFeP04 со структурой оливина, удельная энергоемкость которого составляет 583 Втч/кг. Основные минусы данного материала связаны с невысоким рабочим потенциалом и, как следствие, малой энергоемкостью, а также с довольно большим изменением объема в процессе циклирования ~7%. Кроме того, LiFeP04 обладает низкими мощностными показателями, которые обусловлены двухфазным механизмом де/интеркаляции ионов Li+. Известен электродный материал Li3V2(P04)3, обладающий высокой ионной проводимостью, который является основным кандидатом в качестве катодного материала для высокомощных устройств. Однако, данный материал претерпевает значительное изменение объема при циклировании (около 8%), что может негативно отразиться на деградационной устойчивости материала [Rui, X., Yan, Q., Skyllas-Kazacos, M., Lim, Т. M. (2014). Journal of Power Sources 258, 19 - 38]. The most common electrode material for large-sized devices is LiFeP0 4 with an olivine structure, the specific energy consumption of which is 583 Wh / kg. The main disadvantages of this material are associated with a low working potential and, as a consequence, low energy intensity, as well as a rather large change in volume during the cycling process of ~ 7%. In addition, LiFeP0 4 has low power indices, which are due to the two-phase mechanism of de / intercalation of Li + ions. Known electrode material Li 3 V2 (P0 4 ) 3 having high ionic conductivity, which is the main candidate as a cathode material for high-power devices. However, this material undergoes a significant change in volume during cycling (about 8%), which can negatively affect the degradation stability of the material [Rui, X., Yan, Q., Skyllas-Kazacos, M., Lim, T. M. (2014 ) Journal of Power Sources 258, 19 - 38].
Известен электродный материал LiFeS04F со структурой калий-титанил фосфата (КТР). Однако данный материал имеет низкую энергоемкость - 558 Втч/кг, что снижает его привлекательность для использования в крупногабаритных устройствах. Более того, для данного соединения нет данных о мощностных характеристиках. [Recham, N.; Gwenaelle, R.; Sougrati, M. Т.; Chotard, J.-N.; Frayret, С; Mariyappan, S.; Melot, B. C; Jumas, J.-C; Tarascon, J.-M. (2012) Chem. Mater., 24, 4363-4370]. Known electrode material LiFeS0 4 F with the structure of potassium titanyl phosphate (KTP). However, this material has a low energy intensity of 558 Wh / kg, which reduces its attractiveness for use in large-sized devices. Moreover, for this connection there is no data on power characteristics. [Recham, N .; Gwenaelle, R .; Sougrati, M. T .; Chotard, J.-N .; Frayret, C; Mariyappan, S .; Melot, B. C; Jumas, J.-C; Tarascon, J.-M. (2012) Chem. Mater., 24, 4363-4370].
Наиболее близким к заявляемому изобретению является материал на основе LiVP04F со структурой таворита (US 6645452 В 1). Обладая сравнимыми величинами удельной энергоемкости, катодные материалы на основе LiVP04F с энергоемкостью 655 Втч/кг имеют серьезный конструктивный недостаток - большое изменение объема при протекании процессов заряда-разряда— 8.5% [Ellis, В. L., Ramesh, Т. N., Davis, L. J. М., Goward, G. R. & Nazar, L. F. (2011). Chem. Mater. 23, 5138-5148]. В связи с этим, стабильное циклирование данного материала в долгосрочной перспективе (более 500-1000 циклов) ставится под сомнение. Кроме того, данный тип материалов имеет весьма невысокие кинетические характеристики, а именно коэффициенты диффузии ионов Li+ Closest to the claimed invention is a material based on LiVP0 4 F with the structure of tavorite (US 6645452 In 1). Possessing comparable values of specific energy intensity, LiVP0 4 F cathode materials with an energy intensity of 655 Wh / kg have a serious design flaw - a large volume change during charge-discharge processes — 8.5% [Ellis, B. L., Ramesh, T. N. , Davis, LJ M., Goward, GR & Nazar, LF (2011). Chem. Mater. 23, 5138-5148]. In this regard, the stable cycling of this material in the long term (more than 500-1000 cycles) is called into question. In addition, this type of material has very low kinetic characteristics, namely the diffusion coefficients of Li + ions
-12 -18 2  -12 -18 2
составляют 10" - 0~ см /с, что препятствует его применению в устройствах высокой мощности [Xiao, P.F., Lai, М.О., Lu L. (2013), Solid State Ionics, 242, 10-19]. are 10 " - 0 ~ cm / s, which prevents its use in high power devices [Xiao, PF, Lai, M.O., Lu L. (2013), Solid State Ionics, 242, 10-19].
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Задачей настоящего изобретения являлось создание электродного материала с уникальным сочетанием структуры и элементного состава, обеспечивающего удельную энергоемкостью более 600 Втч/кг, способного работать при скоростях циклирования свыше ЮС и изменением объема при циклировании не превышающим 5 %, т.е. ориентированного на использование в устройствах для аккумулирования энергии, в том числе и в высокомощных источниках тока с повышенной удельной энергией.  The objective of the present invention was to create an electrode material with a unique combination of structure and elemental composition, providing a specific energy consumption of more than 600 Wh / kg, capable of operating at cycling speeds above 10 ° C and volume change during cycling not exceeding 5%, i.e. oriented to use in devices for energy storage, including high-power current sources with increased specific energy.
Поставленная задача достигается тем, что в качестве электродного материала для металл-ионных аккумуляторов использован материал на основе фторидофосфатов переходных и щелочных металлов общей формулой A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy) с кристаллической структурой «калий-титанил-фосфат» (КТР), ранее не использовавшимся в сочетании с указанным химическим составом в материалах для металл-ионных аккумуляторов, где А представляет собой щелочной металл, М - переходный металл, М' - металл, используемый в качестве модифицирующей добавки, где 0<х<0,3; 0<у<1. The problem is achieved in that as an electrode material for metal-ion batteries used material based on transition and alkali metal fluoride phosphates with the general formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ) with a crystal structure of "potassium-titanyl- phosphate "(KTR), not previously used in combination with the indicated chemical composition in materials for metal-ion batteries, where A is an alkali metal, M is a transition metal, M 'is a metal used as a modifying additive, where 0 <x <0.3; 0 <y <1.
Предпочтительно в качестве щелочного металла (А) используют Li и/или Na, и/или К, и/или Rb.  Preferably, alkali metal (A) is Li and / or Na, and / or K, and / or Rb.
Предпочтительно в качестве переходного металла (М) используют Ti, V, Nb, Cr, Mo, Mn, Fe или их смесь.  Preferably, Ti, V, Nb, Cr, Mo, Mn, Fe or a mixture thereof is used as the transition metal (M).
Предпочтительно в качестве модифицирующей добавки (Μ') используют Mg, Zn, Al, Ga или их смесь.  Preferably, Mg, Zn, Al, Ga or a mixture thereof is used as a modifying additive (Μ ').
Также поставленная задача достигается способом получения электродного материала формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy), где в качестве щелочного металла (А) выступает К и/или Rb, включающий получение фосфата Mi_xM'xOyP04 методом сублимационной сушки с последующим отжигом или керамическим синтезом, с последующим смешением полученного фосфата с AF, AHF2, А2С03 или смесью H4F и А2С03 и отжигом полученной смеси. The task is also achieved by a method of producing an electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), where K and / or Rb acts as an alkali metal (A), including the production of phosphate Mi_ x M' x O y P0 4 by freeze drying, followed by annealing or ceramic synthesis, followed by mixing the obtained phosphate with AF, AHF 2 , A 2 C0 3 or a mixture of H 4 F and A 2 C0 3 and annealing the resulting mixture.
Поставленная задача достигается способом получения электродного материала формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy), где в качестве щелочного металла (А) выступает Li и/или Na, или смесь с К и/или Rb, включающий получение электродного материала формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy), где в качестве щелочного металла (А) выступает К и/или Rb с последующим полным или частичным замещением К и/или Rb на Li и/или Na. The problem is achieved by the method of obtaining an electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_yOy), where Li and / or Na acts as an alkali metal (A), or a mixture with K and / or Rb, including obtaining an electrode material formulas A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), where K and / or Rb acts as the alkali metal (A), followed by complete or partial replacement of K and / or Rb with Li and / or Na.
Предпочтительно замещение К и/или Rb на Li и/или Na осуществляют с использованием ионного обмена или электрохимического замещения.  Preferably, the substitution of K and / or Rb with Li and / or Na is carried out using ion exchange or electrochemical substitution.
Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в том, что получен электродный материал формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy) с кристаллической структурой «калий-титанил-фосфат» (КТР), где А представляет собой щелочной металл, М - переходный металл, М' - металл, используемый в качестве модифицирующей добавки, где 0<х<0,3; 0<у<1, который обладает удельной энергоемкостью более 600 Втч/кг, способен работать при скоростях циклирования свыше ЮС с изменением объема при циклировании не превышающим 5 %. The technical result from the use of the proposed technical solution lies in the fact that the obtained electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ) with a crystal structure of potassium titanyl phosphate (KTP), where A represents alkali metal, M is a transition metal, M 'is a metal used as a modifying additive, where 0 <x <0.3; 0 <y <1, which has a specific energy consumption of more than 600 Wh / kg, is capable of operating at cycling speeds above 10 ° C with a volume change during cycling not exceeding 5%.
Предлагаемый электродный материал с кристаллической структурой «калий- титанил-фосфат» (КТР) может быть отнесен к высокомощным электродным материалам, способным стабильно работать при высоких скоростях циклирования 10^-40С (время разряда 5 минут - 90 секунд соответственно) с сохранением более 50% от первоначальной удельной емкости (материал с размером частиц порядка 300 нм). Добиться данных величин удельной емкости при столь высоких токах позволяют высокие кинетические характеристики данного материала, а именно коэффициенты диффузии Li+, в среднем равные 10 -"9 - О -"13 см 2 /с, что достигается за счет специфической кристаллической структуры материалов, представляющей собой прочный трехмерный каркас, построенный из полиэдров Mi_xM'x06-2yF2y и Р04 и формирующий объемные протяженные каналы, в которых находятся подвижные ионы А+, способные к быстрой миграции. The proposed electrode material with a potassium titanyl phosphate (KTP) crystal structure can be classified as high-power electrode materials capable of stable operation at high cycling rates of 10 ^ -40C (discharge time 5 minutes - 90 seconds, respectively) with a preservation of more than 50% from the original specific capacity (material with a particle size of the order of 300 nm). Achieve data values of specific capacitance at such high currents allow high kinetic characteristics of this material, namely the diffusion coefficients Li + , on average equal to 10 - " 9 - O - " 13 cm 2 / s, which is achieved due to the specific crystal structure of the materials, which is durable a three-dimensional framework constructed from Mi_ x M ' x 06-2 y F2y and P0 4 polyhedra and forming volumetric extended channels containing mobile A + ions capable of rapid migration.
К преимуществам предлагаемого электродного материала можно отнести малое изменение объема при электрохимических процессах заряда-разряда. Для материала с составом AVP04F этот показатель составил ~3%, что делает возможным его многократное циклирование (более 1000 циклов) без значительных механических деформаций, ведущих к разрушению электрода. Другим достоинством описываемого электродного материала является высокая ионная проводимость, характерная для данного структурного типа (до 10"4-10"5 См/см). The advantages of the proposed electrode material include a small change in volume during electrochemical charge-discharge processes. For a material with the composition AVP0 4 F, this indicator was ~ 3%, which makes it possible to repeatedly cycle it (more than 1000 cycles) without significant mechanical deformations leading to destruction of the electrode. Another advantage of the described electrode material is the high ionic conductivity characteristic of this structural type (up to 10 "4 -10 " 5 S / cm).
По величине энергоемкости данный электродный материал не уступает известным аналогам, таким как LiVP04F со структурой таворита (655 Втч/кг) и превосходит множество других, таких как LiFeP04 со структурой оливина (583 Втч/кг) Величина энергоемкости предлагаемого электродного материала состава AVP04F составляет 600-Н560 Втч/кг. Величина объемной плотности энергии нового электродного материала со структурой КТР оказывается незначительно ниже в сравнении с некоторыми известными аналогами (-2040 Втч/л против 2135 Втч/л для LiFeP04 и 2140 Втч/л для LiVP04F со структурой таворита), однако во многих областях применения, связанных с крупногабаритными устройствами (например, в альтернативной энергетике), данная характеристика не имеет решающего значения. In terms of energy intensity, this electrode material is not inferior to known analogues, such as LiVP0 4 F with tavorite structure (655 Wh / kg) and surpasses many others, such as LiFeP0 4 with olivine structure (583 Wh / kg). Energy intensity of the proposed electrode material of composition AVP0 4 F is 600-H560 Wh / kg. The volumetric energy density of a new electrode material with a KTP structure is slightly lower in comparison with some known analogues (-2040 Wh / L versus 2135 Wh / L for LiFeP0 4 and 2140 Wh / L for LiVP0 4 F with a tavorite structure), however, in many areas of application associated with large-sized devices (for example, in alternative energy), this characteristic is not critical.
При варьировании химического состава заявленный электродный материал проявляет электрохимическую активность в различных интервалах значений потенциалов: при значении потенциала выше 3.0 В (относительно Li/Li+) материал выступает как катод, при значении потенциала ниже 2.5 В проявляет свойства анодного материала. By varying the chemical composition, the declared electrode material exhibits electrochemical activity in different ranges of potential values: at a potential value above 3.0 V (relative to Li / Li + ), the material acts as a cathode, at a potential value below 2.5 V it exhibits the properties of the anode material.
Для подтверждения получения указанного технического результата были изготовлены образцы заявленного электродного материала формулы A(M1_xM'x)P04(F1_yOy), а именно KVP04F, KV0.9Alo.iP04F, RbVP04F, KV0.75Cr0.25PO4F, KVPC F0.5O0.5, KTiP04F, LiVP04F и др., проанализированы необходимым для данной области техники спектром физико-химических методов исследования. Фазовый состав установлен методом рентгенофазового анализа (РФА) с использованием дифрактометра Bruker D2 PHASER при Cu-Κα излучении и λ = 1,5406 А. Все полученные образцы являются однофазными. To confirm the receipt of the indicated technical result, samples of the declared electrode material of the formula A (M 1 _ x M ' x ) P0 4 (F 1 _ y O y ), namely KVP0 4 F, KV 0.9 Alo, were made . iP0 4 F, RbVP0 4 F, KV 0 .75Cr 0.25 PO 4 F, KVPC F 0 .5O0.5, KTiP0 4 F, LiVP0 4 F, etc., are analyzed by the spectrum of physicochemical methods necessary for the art. The phase composition was determined by X-ray phase analysis (XRD) using a Bruker D2 PHASER diffractometer with Cu-Κα radiation and λ = 1.5406 A. All samples obtained are single-phase.
Химический состав образцов подтвержден методами атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИП) на спектрометре Agilent ICP- OES 5100 (Agilent Technologies) и локальным рентгеноспектральным анализом на просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ-ЛРСА) с коррекцией аббревиации Titan G3 при рабочем напряжении 120 кВ. Так, например, в материале KVP04F соотношение K:V:P составляет 1.00(5): 1.10(8): 1.13(5), что соответствует в пределах допустимой погрешности приписываемой химической формуле. The chemical composition of the samples was confirmed by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (AES-IP) using an Agilent ICP-OES 5100 spectrometer (Agilent Technologies) and a local X-ray spectral analysis using a transmission electron microscope (PEM-LRSA) with correction of the abbreviation Titan G3 at operating voltage 120 kV. So, for example, in the KVP0 4 F material, the K: V: P ratio is 1.00 (5): 1.10 (8): 1.13 (5), which corresponds within the permissible error to the chemical formula ascribed.
Морфология частиц перечисленных материалов изучена методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) на приборе Carl Zeiss NVision 40 с использованием LaB6 катода с полевой эмиссией и In-Lens-детектора при ускоряющем напряжении 10- 20 кВ. Частицы материала имеют овальную форму с линейными размерами 100-^500 нм. Содержание остаточного углерода в образцах установлено методом термогравиметрии (ТГ) в атмосфере воздуха на термическом анализаторе TG-DSC STA-449 apparatus (Netzsch, Germany) и не превышает 5% масс. Particle morphology of the above materials was studied by scanning electron microscopy (SEM) on a Carl Zeiss NVision 40 instrument using a LaB 6 field emission cathode and an In-Lens detector at an accelerating voltage of 10–20 kV. Particles of the material have an oval shape with linear dimensions of 100- ^ 500 nm. The residual carbon content in the samples was determined by thermogravimetry (TG) in an air atmosphere using a thermal analyzer TG-DSC STA-449 apparatus (Netzsch, Germany) and does not exceed 5% of the mass.
Определение кристаллической структуры образцов проведено методом Ритвельда. Показано, что заявленный электродный материал кристаллизуется в ромбической сингонии. Так, например, для материала с формулой KVP04F (пространственная группа #33 Pna2i) параметры элементарной ячейки: а = 12.8201(3) А, Ъ = 6.3957(2) А, с = 10.6118(2) А и = 870.10(3) А3; χ = 1.59, Rp = 5.11%, Rwp = 6.69% (фиг. 1). The crystal structure of the samples was determined by the Rietveld method. It is shown that the claimed electrode material crystallizes in rhombic syngony. So, for example, for a material with the formula KVP0 4 F (space group # 33 Pna2i) the unit cell parameters are: a = 12.8201 (3) A, b = 6.3957 (2) A, c = 10.6118 (2) A and = 870.10 (3 ) A 3 ; χ = 1.59, R p = 5.11%, R wp = 6.69% (Fig. 1).
Кристаллическая структура электродного материала заявленной формулы построена из соединенных вершинами октаэдров Μι_χΜ'χ04Χ2 (X = F, О), образующих зигзагообразные цепочки, связанные между собой тетраэдрами Р04 в прочный трехмерный каркас, в протяженных полостях которого находятся атомы щелочного металла. В зависимости от природы подвижного иона в указанных материалах можно наблюдать одномерную (в случае рубидия и калия или их смесей с натрием или литием) или трехмерную (натрий, литий) систему диффузионных каналов, что продемонстрировано с помощью построения карт валентных усилий связей (фиг. 2). Степень окисления Μι_χΜ'χ подтверждена методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронов (фиг. 3). Методом инфракрасной спектроскопии, проведенной на Agilent Carry 630 FT-IR подтверждена химическая формула материала, показано отсутствие адсорбированной и/или кристаллизационной Н20, а также гидроксильных групп (фиг. 4). The crystal structure of the electrode material of the claimed formula is constructed from the connected vertices of the таι_ χ 0 ' χ 0 4 соедин 2 (X = F, O) octahedra, forming zigzag chains, interconnected by P0 4 tetrahedra into a strong three-dimensional framework, in the extended cavities of which there are alkali metal atoms . Depending on the nature of the mobile ion, in these materials one can observe a one-dimensional (in the case of rubidium and potassium or their mixtures with sodium or lithium) or a three-dimensional (sodium, lithium) system of diffusion channels, which is demonstrated by constructing valence bond forces (Fig. 2 ) The oxidation state Μι_ χ Μ ' χ is confirmed by the method of spectroscopy of characteristic electron energy losses (Fig. 3). The chemical formula of the material is shown by infrared spectroscopy on an Agilent Carry 630 FT-IR. the absence of adsorbed and / or crystallization H 2 0, as well as hydroxyl groups (Fig. 4).
Для измерения электрохимических свойств заявленного электродного материала были приготовлены электроды (пример 17), далее собраны двухэлектродные прижимные ячейки (пример 18). В результате проведенных измерений было установлено, что заявленный электродный материал проявляет электрохимическую активность в интервалах потенциалов 1.(Н5.1 В отн. Li/Li+ в зависимости от химического состава и может служить как материалом для положительного электрода (катода, > 3 В), так и для отрицательного (анода, < 2.5 В). Так, например, материал формулы KVP04F демонстрирует свойства высоковольтного катодного материала - диапазон потенциалов 3.0^-4.8 В отн. Li/Li+, теоретическая удельная емкость 130 Ач/кг. To measure the electrochemical properties of the claimed electrode material, electrodes were prepared (Example 17), then two-electrode pressure cells were assembled (Example 18). As a result of the measurements, it was found that the claimed electrode material exhibits electrochemical activity in the potential ranges 1. (H5.1 V rel. Li / Li + depending on the chemical composition and can serve as a material for the positive electrode (cathode,> 3 V) and for the negative one (anode, <2.5 V). So, for example, a material of the formula KVP0 4 F demonstrates the properties of a high-voltage cathode material - potential range 3.0 ^ -4.8 V rel. Li / Li + , theoretical specific capacity 130 Ah / kg.
Электрохимические процессы в заявленном электродном материале характеризуются высокими скоростями протекания. Так для материала состава LiVP04F коэффициенты диффузии ионов Li+, рассчитанные по методу потенциостатического прерывистого титрования составляют 10 —9 -НО—13 см 2 /с, низкой величиной поляризацией - не более 50 мВ при скорости циклирования С/10, и малой потерей удельной емкости при длительном циклировании -25% за 100 циклов на скорости циклирования 1С. Electrochemical processes in the claimed electrode material are characterized by high flow rates. So for a material of the composition LiVP0 4 F, the diffusion coefficients of Li + ions calculated by the method of potentiostatic discontinuous titration are 10 –9-НО – 13 cm 2 / s, with a low polarization value of not more than 50 mV at a cycling rate of C / 10, and a small loss specific capacity with prolonged cycling -25% per 100 cycles at a cycling speed of 1C.
Для подтверждения энергоемкости заявленного электродного материала проведены гальваностатические измерения при силе тока С/20. Интегрирование полученной экспериментальной зависимости в координатах потенциал (В) - удельная емкость (Ач/кг) позволяет оценить величину удельной энергоемкости (600-Н560 Втч/кг для состава AVP04F). To confirm the energy intensity of the claimed electrode material, galvanostatic measurements were carried out at a current strength of C / 20. Integration of the obtained experimental dependence in the coordinates of potential (V) - specific capacity (Ah / kg) allows us to estimate the specific energy consumption (600-Н560 Wh / kg for the composition AVP0 4 F).
Работоспособность заявляемого электродного материала при скоростях циклирования 10^-40С продемонстрирована в серии непрерывных гальваностатических измерений с последовательным увеличением величины силы тока разряда от 1/10 до 40 эквивалентов С (фиг. 5-10). По результатам тестирования электродный материал стабильно удерживает более 50% от теоретической емкости при скоростях выше ЮС. Данные, подтверждающие представлены на фиг. 6 для KVP04F и фиг. 9 для LiVP04F. The performance of the inventive electrode material at cycling rates of 10 ^ -40C was demonstrated in a series of continuous galvanostatic measurements with a sequential increase in the discharge current from 1/10 to 40 equivalents C (Fig. 5-10). According to the test results, the electrode material stably holds more than 50% of the theoretical capacity at speeds higher than JS. Confirmation data is presented in FIG. 6 for KVP0 4 F and FIG. 9 for LiVP0 4 F.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
Сущность изобретения поясняется чертежами.  The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена дифрактограмма электродного материала состава KVP04F, полученная с использованием СиКа излучения (λ = 1,5406 А). Дифрактограмма проиндицирована в ромбической сингонии (пространственная группа Pna2i с параметрами элементарной ячейки а = 12.8201(3) А, Ъ = 6.3957(2) А, с = 10.6118(2) А. На вставке показана кристаллическая структура KVP04F, соответствующая структурному типу КТР. In FIG. Figure 1 shows the X-ray diffraction pattern of the KVP0 4 F electrode material obtained using CuKa radiation (λ = 1.5406 A). The diffraction pattern is indicated in the rhombic syngony (space group Pna2i with parameters unit cell a = 12.8201 (3) A, b = 6.3957 (2) A, c = 10.6118 (2) A. The inset shows the crystal structure of KVP0 4 F corresponding to the structural type of KTP.
На фиг. 2 показаны карты валентных усилий для электродного материала А) состава KVP04F и Б) состава LiVP04F. Синим цветом (1) обозначены октаэдры Mi_xM'x06-2yF2y, оранжевым (2) - тетраэдры Р04, белые сферы (3) - ионы К+. In FIG. Figure 2 shows the valence force maps for the electrode material A) of composition KVP0 4 F and B) of composition LiVP0 4 F. Blue (1) indicates the octahedra Mi_ x M ' x 0 6 -2yF2y, orange (2) indicates the tetrahedrons P0 4 , white spheres (3) - K + ions.
На фиг. 3 представлен спектр характеристических потерь электронов (VL2,3- край) для электродного материала состава KVP04F. In FIG. Figure 3 shows the spectrum of characteristic electron losses (VL 2 , 3-edge) for the electrode material of composition KVP0 4 F.
На фиг. 4 приведен ИК-спектр электродного материала состава KVP04F. In FIG. 4 shows the IR spectrum of the electrode material composition KVP0 4 F.
На фиг. 5-7 приведены результаты электрохимического тестирования электродного материала состава KVP04F в модельной ячейке в интервале потенциалов 2.0-^4.7 В отн. Li/Li+, при комнатной температуре, где на фиг. 5 показаны кривые гальваностатического циклирования при скорости С/5; на фиг. 6 - разрядные кривые при различных скоростях циклирования; на фиг. 7 - зависимость удельной емкости от номера цикла при различных скоростях циклирования. Удельная энергоемкость материала (Втч/кг) определяется как произведение удельной емкости (Ач/кг) на усредненную величину потенциала (В). In FIG. Figures 5–7 show the results of electrochemical testing of an electrode material of composition KVP0 4 F in a model cell in the potential range 2.0–4.7 V rel. Li / Li + , at room temperature, where in FIG. 5 shows galvanostatic cycling curves at a speed of C / 5; in FIG. 6 - bit curves at various cycling speeds; in FIG. 7 - dependence of the specific capacity on the cycle number at various cycling rates. The specific energy consumption of the material (Wh / kg) is defined as the product of the specific capacity (Ah / kg) by the average value of the potential (V).
На фиг. 8-10 представлены результаты электрохимического тестирования электродного материала состава LiVP04F, полученного заряжением исходных KVP04F электродов до 4.8 В отн. Li/Li+ на скорости С/20, выдерживанием на данном потенциале в течение 5 часов для удаления ионов К+ и последующей промывкой диметилкарбонатом. На основе полученных электродов собраны модельные двухэлектродные ячейки, которые протестированы в интервале потенциалов 2.0^-4.7 В отн. Li/Li+, при комнатной температуре, где на фиг. 8 показаны кривые гальваностатического циклирования при скорости С/5; на фиг. 9 - разрядные кривые при различных скоростях циклирования; на фиг. 10 - зависимость удельной емкости от номера цикла при различных скоростях циклирования. Удельная энергоемкость материала (Втч/кг) определяется как произведение удельной емкости (Ач/кг) на усредненную величину потенциала (В). In FIG. Figures 8–10 present the results of electrochemical testing of the electrode material of the composition LiVP0 4 F obtained by charging the initial KVP0 4 F electrodes to 4.8 V rel. Li / Li + at a speed of C / 20, keeping at this potential for 5 hours to remove K + ions and subsequent washing with dimethyl carbonate. Based on the obtained electrodes, model two-electrode cells were assembled, which were tested in the potential range 2.0 ^ -4.7 V rel. Li / Li + , at room temperature, where in FIG. 8 shows galvanostatic cycling curves at a speed of C / 5; in FIG. 9 - bit curves at various cycling speeds; in FIG. 10 - dependence of the specific capacity on the cycle number at various cycling speeds. The specific energy consumption of the material (Wh / kg) is defined as the product of the specific capacity (Ah / kg) by the average value of the potential (V).
Осуществление изобретения The implementation of the invention
Электродный материал формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy) со структурой КТР синтезируется двустадийным керамическим методом. The electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ) with a KTP structure is synthesized by a two-stage ceramic method.
На первой стадии, синтезируют фосфат Mi_xM'xOyP04, который может быть получен с использованием метода сублимационной сушки или традиционным керамическим синтезом. В случае использования метода сублимационной сушки однозамещенный или двузамещенный фосфат аммония (NH4H2P04 или (NH4)2HP04) и соответствующие соли переходного металла М и металла М' растворяют в дистиллированной Н20 при постоянном перемешивании при 5СН-100°С, с добавлением источника углерода и восстанавливающего агента. Образовавшийся раствор распыляют в жидкий азот и подвергают сублимации при давлении не выше 10" атм. в течение 48^-72 часов. Полученный криогранулят отжигают при 70(Н900°С в течение 3-^10 часов, контролируя парциальное давление кислорода в системе в зависимости от степени окисления переходного металла, используемого в электродном материале. At the first stage, Mi_ x M ' x O y P0 4 phosphate is synthesized, which can be obtained using the freeze-drying method or traditional ceramic synthesis. When using the freeze-drying method, monosubstituted or disubstituted ammonium phosphate (NH 4 H 2 P0 4 or (NH 4 ) 2 HP0 4 ) and the corresponding salts of the transition metal M and metal M 'are dissolved in distilled H 2 0 with constant stirring at 5СН-100 ° C, with the addition of a carbon source and a reducing agent. The resulting solution is sprayed into liquid nitrogen and sublimated at a pressure of no higher than 10 " atm for 48 ^ -72 hours. The obtained cryogranulate is annealed at 70 (Н900 ° С for 3 ^ 10 hours, controlling the partial pressure of oxygen in the system depending on on the oxidation state of the transition metal used in the electrode material.
Предпочтительно используемые соли переходного металла М и металла М' представлены в таблице 1.  Preferably used salts of the transition metal M and metal M 'are presented in table 1.
Таблица 1. Table 1.
Примеры соединений, используемых для получения промежуточных соединений формулы Mi_xM'xOyP04 методом сублимационной сушки. Examples of compounds used to prepare intermediates of the formula Mi_ x M ' x O y P0 4 by freeze-drying.
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
В качестве восстанавливающего агента могут быть использованы аскорбиновая кислота, лимонная кислота, уксусная кислота, глюкоза, сахароза.  As a reducing agent, ascorbic acid, citric acid, acetic acid, glucose, and sucrose can be used.
При получении Mi_xM'xOyP04 керамическим синтезом фосфат аммония (NH4H2P04 или (NH4)2HP04), реагенты, содержащие М и М', а также углеродный источник (на данном этапе в качестве углеродного источника могут быть различные формы углерода, в т. ч. сажа, графит, углеродные нанотрубки, графен, или органические соединения, такие как аскорбиновая кислота, лимонная кислота, уксусная кислота, глюкоза, сахароза) тщательно перетирают и гомогенизируют в шаровой мельнице, а затем отжигают при 700^-950°С в течение 10- 20 часов, поддерживая постоянное парциальное давление кислорода в системе. When Mi_ x M ' x O y P0 4 is obtained by ceramic synthesis, ammonium phosphate (NH 4 H 2 P0 4 or (NH 4 ) 2 HP0 4 ), reagents containing M and M', as well as a carbon source (at this stage, as the carbon source can be various forms of carbon, including soot, graphite, carbon nanotubes, graphene, or organic compounds such as ascorbic acid, citric acid, acetic acid, glucose, sucrose) are thoroughly ground and homogenized in a ball mill, and then annealed at 700 ^ -950 ° С for 10-20 hours, maintaining a constant partial pressure ie oxygen in the system.
В качестве реагентов, содержащих М и М' можно использовать соединения, представленные в таблице 2. Таблица 2.As reagents containing M and M ', you can use the compounds shown in table 2. Table 2.
Примеры соединений, используемых для получения соединений формулы Mi_xM'xOyP04 керамическим методом. Examples of compounds used to obtain compounds of the formula Mi_ x M ' x O y P0 4 ceramic method.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0001
На второй стадии, полученный Mi_xM'xOyP04 смешивают с AF, AHF2, A2C03 или смесью NH4F и A2C03 и отжигают в потоке аргона (или азота) при 550-н575°С в течение 30-И минут с последующей закалкой до комнатной температуры. Количество остаточной сажи в фосфате Mi_xM'xOyP04 определяют химически или методами термогравиметрии. In the second stage, the resulting Mi_ x M ' x O y P0 4 is mixed with AF, AHF 2 , A 2 C0 3 or a mixture of NH 4 F and A 2 C0 3 and annealed in a stream of argon (or nitrogen) at 550-n575 ° С within 30 minutes, followed by hardening to room temperature. The amount of residual soot in phosphate Mi_ x M ' x O y P0 4 is determined chemically or by thermogravimetric methods.
В результате получают электродный материал формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy), кристаллизующийся в ромбической сингонии. The result is an electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), crystallizing in rhombic syngony.
Для приготовления композитного материала тщательно смешивают 60-99% масс, полученного электродного материала с одной или несколькими электропроводящими добавками и одним или несколькими связующими. Содержание электропроводящих добавок в составе композитного материала может варьироваться от 0,5% до 20% масс, связующего - так же от 0,5% до 20% масс. Смесь равномерно наносят на алюминиевую или медную подложку (токосъемник), предварительно сушат и прокатывают на вальцах. Затем вырезают электроды диаметром 16 мм, взвешивают и окончательно высушивают при пониженном давлении (10" атм) при 1 10°С в течение 4 часов для удаления остаточной воды и растворителя [Thorat I.V., Mathur V., Harb J.N., Wheeler D.R. (2006), Journal of Power Sources, 162, 673-678] . To prepare the composite material, 60-99% of the mass of the obtained electrode material is thoroughly mixed with one or more electrically conductive additives and one or more binders. The content of electrically conductive additives in the composition of the composite material can vary from 0.5% to 20% of the mass, the binder can also vary from 0.5% to 20% of the mass. The mixture is uniformly applied to an aluminum or copper substrate (current collector), pre-dried and rolled on rollers. Then cut out electrodes with a diameter of 16 mm, weighed and finally dried under reduced pressure (10 " atm) at 1 10 ° C for 4 hours to remove residual water and solvent [Thorat IV, Mathur V., Harb JN, Wheeler DR (2006) , Journal of Power Sources, 162, 673-678].
Толщина слоя активного материала (каждого слоя активного материала на одной из поверхностей каждого токосъемника) обычно приблизительно находится в диапазоне 1 - 500 мкм, предпочтительно 2-100 мкм с учетом назначения аккумулятора и величины ионной проводимости.  The thickness of the layer of active material (each layer of active material on one of the surfaces of each current collector) is usually approximately in the range of 1-500 microns, preferably 2-100 microns, taking into account the purpose of the battery and the value of ionic conductivity.
В качестве электропроводящей добавки могут использоваться различные формы углерода, в частности графит, сажа, углеродные нанотрубки, фуллерен, проводящие полимерные материалы на основе полианилина, полипиролла, полиэтилендиокситиофена или их смеси. Тем не менее, электропроводящая добавка не ограничивается перечисленными примерами. Могут использоваться общеизвестные материалы, которые к настоящему времени применятся в качестве электропроводящих добавок для литий- ионного аккумулятора. Эти электропроводящие добавки могут использоваться отдельно, или две или более из них могут использоваться в комбинации. Various forms of carbon can be used as an electrically conductive additive, in particular graphite, carbon black, carbon nanotubes, fullerene, conductive polymeric materials based on polyaniline, polypyrrole, polyethylene dioxithiophene or mixtures thereof. However, the electrically conductive additive is not limited to the listed examples. Well-known materials that are currently used as electrically conductive additives for a lithium-ion battery may be used. These electrically conductive additives may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
В качестве связующего могут быть использованы поливинилиденфторид в N- метилпирролидоне (pVdF) и его модификации (например Solef® 6010, Solef® 6020, Solef® 5130, Solef® 21216), полиэтилен (РЕ), полипропилен (РР), полиэтилентерефталат (PET), полиакрилонитрил (PAN), полиимид (PI), полиамид (РА), карбоксиметилцеллюлоза (CMC) или суспензия перфтор полиэтилена в воде. В качестве перфторполиэтилена предпочтительно использовать фторопласт или тефлон. As a binder, polyvinylidene fluoride in N-methylpyrrolidone (pVdF) and its modifications (for example, Solef ® 6010, Solef ® 6020, Solef ® 5130, Solef ® 21216), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET) can be used. , polyacrylonitrile (PAN), polyimide (PI), polyamide (PA), carboxymethyl cellulose (CMC), or a suspension of perfluoroethylene in water. Fluoroplast or Teflon is preferably used as perfluoropolyethylene.
На основе полученных электродов собирают электрохимические ячейки с неводным электролитом, сепаратором и противоэлектродом, затем проводят электрохимические испытания. В качестве электролита предпочтительно использовать раствор соли LiPF6, или LiBF4 в смеси алкилкарбонатов или сульфонах с концентрацией соли от 0.5 до 2 моль/л. В качестве алкилкарбонатов используют смесь этиленкарбоната (ЕС), пропиленкарбоната (PC), диметилкарбоната (DMC), объемное соотношение которых может варьироваться. В качестве сульфонов предпочтительно использовать этилметилсульфон, тетраметиленсульфон. В качестве сепаратора используют боросиликатное стекло, фторопласт, полиамид, коммерческие мембраны изготовленные из полиэтилена или полипропилена или полиэтилентерафталата с керамическим покрытием или без. Based on the obtained electrodes, electrochemical cells with a non-aqueous electrolyte, a separator and a counter electrode are collected, then electrochemical tests are carried out. As an electrolyte, it is preferable to use a solution of LiPF 6 salt, or LiBF 4 in a mixture of alkyl carbonates or sulfones with a salt concentration of 0.5 to 2 mol / L. As alkyl carbonates, a mixture of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), the volume ratio of which can vary, is used. As sulfones, it is preferable to use ethyl methyl sulfone, tetramethylene sulfone. Borosilicate glass, fluoroplastic, polyamide, commercial membranes made of polyethylene or polypropylene or polyethylene terephthalate with or without ceramic are used as a separator.
Сущность изобретения поясняется примерами, подтверждающими практическую реализацию изобретения. Нижеследующие примеры носят поясняющий характер в отношении предлагаемого технического решения и служат иллюстрацией решенных данным изобретением проблем, однако эти примеры не следует рассматривать как ограничение. Специалист в данной области, исходя из сведений приведенных в описании, может получить электродный материал формулы КТР, указанным способом.  The invention is illustrated by examples confirming the practical implementation of the invention. The following examples are illustrative in relation to the proposed technical solution and illustrate the problems solved by this invention, however, these examples should not be construed as limiting. Specialist in this field, based on the information given in the description, can get the electrode material of the formula KTP, the specified method.
Пример 1. Example 1
Электродный материал KVP04F синтезировали двустадийным керамическим методом. The electrode material KVP0 4 F was synthesized by a two-stage ceramic method.
На первой стадии, методом сублимационной сушки получали фосфат VP04. Для этого исходные реагенты 1.75 г NH4V03 и 1.68 г NH4H2P04 растворяли в 250 мл дистиллированной Н20 при постоянном перемешивании при 80°С, с добавлением 1.70 г аскорбиновой кислоты. Образовавшийся раствор распыляли в жидкий азот и подвергали сублимации при давлении 10 атм. в течение 72 часов. Полученный криогранулят отжигали при 850°С в течение 5 часов. In the first stage, VP0 4 phosphate was obtained by freeze-drying. For this, the starting reagents 1.75 g of NH 4 V0 3 and 1.68 g of NH 4 H 2 P0 4 were dissolved in 250 ml of distilled Н 2 0 with constant stirring at 80 ° С, with the addition of 1.70 g ascorbic acid. The resulting solution was sprayed into liquid nitrogen and subjected to sublimation at a pressure of 10 atm. within 72 hours. The obtained cryogranulate was annealed at 850 ° C for 5 hours.
На второй стадии, полученный 2.15 г VP04 смешали с 1.16 г KHF2 в мольном соотношении 1 : 1 (количество остаточной сажи в фосфате VP04 определяли химически или методами термогравиметрии) и отжигали в потоке аргона при 600°С в течение 90 минут с последующей закалкой до комнатной температуры. In the second stage, the obtained 2.15 g of VP0 4 was mixed with 1.16 g of KHF 2 in a 1: 1 molar ratio (the amount of residual carbon black in VP0 4 phosphate was determined chemically or by thermogravimetric methods) and annealed in an argon stream at 600 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
Полученный материал представляет собой фторидофосфат калия ванадия, кристаллизующийся в ромбической сингонии с параметрами элементарной ячейки а = 12.8201(3) А, Ъ = 6.3957(2) А, с = 10.6118(2) А*.  The resulting material is vanadium potassium fluoride phosphate crystallizing in rhombic syngony with unit cell parameters a = 12.8201 (3) A, b = 6.3957 (2) A, c = 10.6118 (2) A *.
* - параметры элементарной ячейки могут варьироваться в пределах величины трех стандартных отклонений.  * - unit cell parameters can vary within the value of three standard deviations.
Пример 2. Example 2
Электродный материал KVP04F синтезировали по схеме, описанной в примере 1 , только в качестве исходных компонентов использовали V2Os и (NH4)2HP04. The electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 1, only V 2 Os and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components.
Пример 3. Example 3
Электродный материал KVP04F синтезировали по схеме, описанной в примере 1, за исключением того, что на второй стадии к 2.15 г полученного VP04 добавляли 0.55 г NH4F и 1.01 г К2С03, тщательно перетирали и гомогенизировали, а затем отжигали в потоке аргона при 600°С в течение 90 минут с последующей закалкой до комнатной температуры. The electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 1, except that in the second stage 0.55 g of NH 4 F and 1.01 g of K 2 C0 3 were added to 2.15 g of the obtained VP0 4 , thoroughly ground and homogenized, and then annealed in a stream of argon at 600 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
Пример 4. Example 4
Электродный материал KVP04F синтезировали двустадийным керамическим методом. The electrode material KVP0 4 F was synthesized by a two-stage ceramic method.
На первой стадии, керамическим методом получали фосфат ванадия VP04. Для этого 1.75 г NH4V03, 1.68 г NH4H2P04 и 0.10 г сажи тщательно перетирали и гомогенизировали в шаровой мельнице, а затем отжигали при 850°С в токе аргона в течение 15 часов. At the first stage, vanadium phosphate VP0 4 was obtained by the ceramic method. For this, 1.75 g of NH 4 V0 3 , 1.68 g of NH 4 H 2 P0 4, and 0.10 g of carbon black were thoroughly ground and homogenized in a ball mill, and then annealed at 850 ° С in an argon flow for 15 hours.
На второй стадии, 2.15 г полученного VP04 смешивали с 1.16 г KHF2 в мольном соотношении 1 : 1 и отжигали в потоке аргона при 600°С в течение 90 минут с последующей закалкой до комнатной температуры. In the second stage, 2.15 g of the obtained VP0 4 were mixed with 1.16 g of KHF 2 in a 1: 1 molar ratio and annealed in an argon stream at 600 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
Пример 5. Электродный материал KVP04F синтезировали по схеме, описанной в примере 4, только в качестве исходных компонентов использовали V2O5 и (NH4)2HP04. Пример 6. Example 5 The electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 4, only V 2 O 5 and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components . Example 6.
Электродный материал KVP04F синтезировали по схеме, описанной в примере 4, за исключением того, что на второй стадии к 2.15 г полученного VP04 добавляли 0.55 г NH4F и 1.01 г К2СОз, тщательно перетирали и гомогенизировали, а затем отжигали в потоке аргона при 600°С в течение 90 минут с последующей закалкой до комнатной температуры. The electrode material KVP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 4, except that in the second stage 0.55 g of NH 4 F and 1.01 g of K 2 COz were added to 2.15 g of the obtained VP0 4 , carefully triturated and homogenized, and then annealed in a stream of argon at 600 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
Пример 7. Example 7
Электродный материал KV0.9AI0.1PC F синтезировали двустадийным керамическим методом. На первой стадии, методом сублимационной сушки получали фосфат V0.9AI0.1PC . Для этого 1.57 г NH4V03 и 1.67 г NH4H2P04 растворяли в 250 мл дистиллированной Н20 при постоянном перемешивании при 80°С, с добавлением 1.70 г аскорбиновой кислоты. К полученному раствору добавляли 0.56 г Α1(Ν03)3·9Η20. Образовавшийся раствор распыляли в жидкий азот и подвергали сублимации при давлении 10" атм. в течение 72 часов. Полученный криогранулят отжигали при 850°С в течение 5 часов. The electrode material KV 0. 9AI 0.1 PC F was synthesized by the two-stage ceramic method. At the first stage, phosphate V 0. 9AI 0.1 PC was obtained by freeze-drying. For this, 1.57 g of NH 4 V0 3 and 1.67 g of NH 4 H 2 P0 4 were dissolved in 250 ml of distilled Н 2 0 with constant stirring at 80 ° С, with the addition of 1.70 g of ascorbic acid. Thereto was added 0.56 g Α1 (Ν0 3) 3 · 9Η 2 0. The resulting solution was sprayed into liquid nitrogen and subjected to sublimation under a pressure of 10 "atm. For 72 hours. The resulting kriogranulyat annealed at 850 ° C for 5 hours.
На второй стадии, 2.01 г полученного V0.9AI0.1PC смешивали с 1.09 г KHF2 (количество остаточной сажи в фосфате VP04 определяли методом термогравиметрии) и отжигали в потоке аргона при 600°С в течение 90 минут с последующей закалкой до комнатной температуры. In the second stage, 2.01 g of the obtained V 0. 9AI 0.1 PC was mixed with 1.09 g of KHF 2 (the amount of residual carbon black in VP0 4 phosphate was determined by thermogravimetry) and annealed in an argon stream at 600 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature .
Пример 8 Example 8
Электродный материал KV0.9AI0.1PC F синтезировали по схеме, описанной в примере 7, только в качестве исходных компонентов использовали V2O5 и (NH4)2HP04. Пример 9. The electrode material KV 0. 9AI 0.1 PC F was synthesized according to the scheme described in example 7, only V 2 O 5 and (NH 4 ) 2 HP0 4 were used as starting components . Example 9.
Электродный материал RbVP04F синтезировали двустадийным керамическим методом по схеме, описанной в примере 6, только вместо К2С03 использовали Rb2C03. Electrode material RbVP0 4 F was synthesized in a two step method of the ceramic circuit to that described in Example 6, but instead of K 2 C0 3 was used Rb 2 C0 3.
Пример 10. Example 10
Электродный материал KVo.7sCro.25P04F синтезировали двустадийным керамическим методом. The electrode material KVo .7 sCro .25 P0 4 F was synthesized by a two-stage ceramic method.
На первой стадии, методом сублимационной сушки получали фосфат Vo.75Cro.2sP04. Для этого 1.31 г NH4V03 и 1.68 г NH4H2P04 растворяли в 250 мл дистиллированной Н20 при постоянном перемешивании при 80°С, с добавлением 1.70 г аскорбиновой кислоты. К полученному раствору добавляли 1.50 г Cr(N03)3-9H20. Образовавшийся раствор распыляли в жидкий азот и подвергали сублимации при давлении 10 атм. в течение 72 часов. Полученный криогранулят отжигали в потоке аргона (или азота) при 850°С в течение 5 часов. In the first stage, Vo .75 Cro .2 sP0 4 phosphate was obtained by freeze-drying. For this, 1.31 g of NH 4 V0 3 and 1.68 g of NH 4 H 2 P0 4 were dissolved in 250 ml of distilled H 2 0 with constant stirring at 80 ° C, with the addition of 1.70 g of ascorbic acid. 1.50 g of Cr (N0 3 ) 3 -9H 2 0 was added to the resulting solution. The resulting solution was sprayed into liquid nitrogen and sublimated at a pressure of 10 atm. within 72 hours. The obtained cryogranulate was annealed in a stream of argon (or nitrogen) at 850 ° C for 5 hours.
На второй стадии, 2.10 г полученного Vo.75Cro.2sP04 смешивали с 1.10 г KHF2 (количество остаточной сажи в фосфате Vo.7sCro.25P04 определяли методом термогравиметрии) и отжигали в потоке аргона при 600°С в течение 90 минут с последующей закалкой до комнатной температуры. Пример 11. In a second step, 2.10 g of obtained Vo .75 Cro. 2 sP0 4 was mixed with 1.10 g of KHF 2 (the amount of residual carbon black in Vo .7 sCro. 2 5P0 4 phosphate was determined by thermogravimetry) and annealed in an argon stream at 600 ° С for 90 minutes, followed by quenching to room temperature. Example 11
Электродный материал KVP04Fo.sOo.5 синтезировали двустадийным керамическим методом. Electrode material KVP0 4 Fo.sOo.5 ceramic synthesized in a two step method.
На первой стадии, методом сублимационной сушки получали фосфат VOo.sP04.At the first stage, VOo phosphate was obtained by freeze-drying . sP0 4 .
Для этого 1.75 г NH4V03 и 1.68 г NH4H2P04 растворяли в 250 мл дистиллированной Н20 при постоянном перемешивании при 80°С, с добавлением 1.00 г аскорбиновой кислоты.For this, 1.75 g of NH 4 V0 3 and 1.68 g of NH 4 H 2 P0 4 were dissolved in 250 ml of distilled H 2 0 with constant stirring at 80 ° C, with the addition of 1.00 g of ascorbic acid.
Образовавшийся раствор распыляли в жидкий азот и подвергали сублимации при низком давлении в течение 72 часов. Полученный криогранулят отжигали при 700°С в течение 10 часов в потоке аргона или азота. The resulting solution was sprayed into liquid nitrogen and sublimated at low pressure for 72 hours. The obtained cryogranulate was annealed at 700 ° C for 10 hours in a stream of argon or nitrogen.
На второй стадии, 2.20 г полученного VOo.sP04 смешивали с 1.11 г KHF2 в мольном соотношении 1 : 1 (количество остаточной сажи в фосфате VOo.sP04 определяли методом термогравиметрии) и отжигали в потоке аргона при 600°С в течение 90 минут с последующей закалкой до комнатной температуры. In the second stage, 2.20 g of the obtained VOo.sP0 4 was mixed with 1.11 g of KHF 2 in a 1: 1 molar ratio (the amount of residual soot in VOo phosphate . SP0 4 was determined by thermogravimetry) and annealed in an argon stream at 600 ° С for 90 minutes followed by hardening to room temperature.
Пример 12. Example 12
Электродный материал KTiP04F синтезировали двустадийным керамическим методом. The electrode material KTiP0 4 F was synthesized by a two-stage ceramic method.
На первой стадии, керамическим методом получали фосфат TiP04. Для этого 1.20 г ТЮ2 и 1.68 г NH4H2P04 тщательно перетирали и гомогенизировали в шаровой мельнице, а затем отжигали при 950°С в токе аргона и водорода, в течение 20 часов. At the first stage, TiP0 4 phosphate was obtained by the ceramic method. For this, 1.20 g of TiO 2 and 1.68 g of NH 4 H 2 P0 4 were carefully ground and homogenized in a ball mill, and then annealed at 950 ° С in a stream of argon and hydrogen for 20 hours.
На второй стадии, 2.12 г полученного TiP04 смешивали с 1.10 г KHF2 и отжигали в потоке аргона при 700°С в течение 90 минут с последующей закалкой до комнатной температуры. In the second stage, 2.12 g of the obtained TiP0 4 was mixed with 1.10 g of KHF 2 and annealed in an argon stream at 700 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
Пример 13. Электродный материал KTiP04F синтезировали по схеме, описанной в примере 12, за исключением того, что на второй стадии к 2.12 г полученного TiP04 добавляли 0.55 г NH4F и 1.01 г К2СОз, тщательно перетирали и гомогенизировали, а затем отжигали в потоке аргона при при 700°С в течение 90 минут с последующей закалкой до комнатной температуры. Example 13 The electrode material KTiP0 4 F was synthesized according to the scheme described in example 12, except that in the second stage, 0.55 g of NH 4 F and 1.01 g of K 2 CO 3 were added to 2.12 g of the obtained TiP0 4 , carefully triturated and homogenized, and then annealed in a stream of argon at 700 ° C for 90 minutes, followed by quenching to room temperature.
Пример 14. Example 14
Композитный материал на основе электродного материала состава KVP04F получали путем тщательного смешивания 70% масс, активного материала KVP04F, 15% сажи (Carbon Super-C), используемой в качестве электропроводящей добавки, и 15% поливинилиденфторид, используемого в качестве связующего. Гальваностатические и потенциостатические измерения проводили в двухэлектродных прижимных ячейках с литиевым анодом. В качестве электролита использовали раствор LiPF6 в смеси алкилкарбонатов (этиленкарбонат ЕС, диметилкарбонат DMC, пропиленкарбонат PC), в качестве сепаратора - боросиликатное стекловолокно, полимерные мембраны. Пример 15. A composite material based on an electrode material of composition KVP0 4 F was obtained by thoroughly mixing 70% of the mass, the active material KVP0 4 F, 15% carbon black (Carbon Super-C) used as an electrically conductive additive, and 15% polyvinylidene fluoride used as a binder. Galvanostatic and potentiostatic measurements were carried out in two-electrode clamping cells with a lithium anode. A solution of LiPF 6 in a mixture of alkyl carbonates (EC ethylene carbonate, DMC dimethyl carbonate, PC propylene carbonate) was used as an electrolyte, borosilicate fiberglass, polymer membranes were used as a separator. Example 15
Электродный материал LiVP04F получали путем электрохимического замещения К на Li. Исходные KVP04F электроды заряжали в электрохимической ячейке с Li-анодом до 4.8 В отн. Li/Li+ на скорости С/20, выдерживали на данном потенциале в течение 5 часов для удаления ионов К+ и промывали диметилкарбонатом. На основе полученных электродов собрали модельные двухэлектродные ячейки, которые циклировали в интервале потенциалов 2.0^-4.7 В отн. Li/Li+ и разряжали до потенциала 2.0 В. The electrode material LiVP0 4 F was obtained by electrochemical substitution of K for Li. The initial KVP0 4 F electrodes were charged in an electrochemical cell with a Li anode up to 4.8 V rel. Li / Li + at a speed of C / 20, kept at this potential for 5 hours to remove K + ions and washed with dimethyl carbonate. Based on the obtained electrodes, model two-electrode cells were assembled, which were cycled in the potential range 2.0 ^ -4.7 V rel. Li / Li + and discharged to a potential of 2.0 V.
Пример 16.  Example 16
Электродный материал LiVP04F получали путем ионного обмена К на Li. Для этого исходный материал KVP04F выдерживали в растворе LiBr (или L1NO3) в абсолютированном этиловом спирте (или ацетонитриле) при постоянном перемешивании и температуре 60°С в течение 48 часов. The electrode material LiVP0 4 F was obtained by ion exchange of K for Li. For this, the starting material KVP0 4 F was kept in a solution of LiBr (or L1NO 3 ) in absolute ethanol (or acetonitrile) with constant stirring and a temperature of 60 ° C for 48 hours.
Пример 17.  Example 17
Электроды приготовили путем тщательного смешивания 80% масс, активного материала KVP04F, 10% масс, сажи марки Carbon Super-C и 10% связующего, в качестве которого использовали поливинилидендифторид, растворенный в Ν-метилпирролидоне. Смесь равномерно нанесли на алюминиевую подложку (токосъемник), предварительно высушенную и прокатали на вальцах. Затем вырезали электроды диаметром 16 мм, взвесили и окончательно высушили при давлении 10" атм при 110°С в течение 4 часов для удаления остаточной воды и растворителя. Пример 18. The electrodes were prepared by thoroughly mixing 80% of the mass, KVP0 4 F active material, 10% of the mass, Carbon Super-C carbon black and 10% of a binder, which was used as polyvinylidene difluoride dissolved in метил-methylpyrrolidone. The mixture was uniformly applied to an aluminum substrate (current collector), previously dried and rolled on rollers. Then, electrodes were cut to 16 mm diameter, weighed and finally dried at 10 "atm at 110 ° C for 4 hours to remove residual water and solvent. Example 18
На основе электродов (пример 17) собрали в инертном боксе (M-Braun) электрохимические ячейки, в которых в качестве электролита использовали 1М раствор LiPF6 в смеси EC:DMC (1: 1 по объему) и боросиликатное стекло в качестве сепаратора. Based on the electrodes (example 17), electrochemical cells were assembled in an inert box (M-Braun), in which 1M LiPF 6 solution in an EC: DMC mixture (1: 1 by volume) and borosilicate glass were used as an electrolyte as a separator.
Пример 19.  Example 19
Серию электродов приготовили путем тщательного смешивания Х% масс, активного материала KVP04F, Y% масс, сажи марки Carbon Super-C и Z% связующего, в качестве которого использовали коммерческое связующее марки Solef® 5130, растворенный в Ν-метилпирролидоне. Значения X, Υ, Z приведены в таблице 3. Смесь равномерно нанесли на подложку (токосъемник), предварительно высушенную и прокатали на вальцах. Затем вырезали электроды диаметром 16 мм, взвесили и окончательно высушили при давлении 10" атм при 110°С в течение 4 часов для удаления остаточной воды и растворителя. На основе электродов собрали в инертном боксе (М- Braun) электрохимические ячейки, в которых в качестве электролита использовали 1М раствор LiPF6 в смеси EC:DMC (1 : 1 по объему) и боросиликатное стекло в качестве сепаратора. A series of electrodes was prepared by thoroughly mixing X% mass, KVP0 4 F active material, Y% mass, Carbon Super-C carbon black and Z% binder, which was used as a commercial Solef ® 5130 binder dissolved in метил-methylpyrrolidone. The values of X, Υ, Z are shown in table 3. The mixture was uniformly applied to the substrate (current collector), pre-dried and rolled on rollers. Then, electrodes were cut to 16 mm diameter, weighed and finally dried at 10 "atm at 110 ° C for 4 hours to remove residual water and solvent. On the basis of gathered in an inert electrode box (M- Braun) electrochemical cell, in which as The electrolyte used a 1M solution of LiPF 6 in a mixture of EC: DMC (1: 1 by volume) and borosilicate glass as a separator.
Таблица 3  Table 3
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Электродный материал для металл-ионных аккумуляторов общей формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy), характеризующийся кристаллической структурой типа «калий-титанил фосфат», где А представляет собой щелочной металл, М - переходный металл, М' - металл, используемый в качестве модифицирующей добавки, где 0<х<0.3, 0<у<1. 1. The electrode material for metal-ion batteries of the general formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), characterized by a crystalline structure of the type "potassium titanyl phosphate", where A is an alkali metal, M is a transition metal , M 'is the metal used as a modifying additive, where 0 <x <0.3, 0 <y <1.
2. Электродный материал по п. 1, характеризующееся тем, что щелочной металл представляет собой Li и/или Na, и/или К, и/или Rb.  2. The electrode material according to claim 1, characterized in that the alkali metal is Li and / or Na, and / or K, and / or Rb.
3. Электродный материал по п. 1, характеризующееся тем, что переходный металл М представляет собой Ti, V, Nb, Cr, Mo, Mn, Fe или их смесь.  3. The electrode material according to claim 1, characterized in that the transition metal M is Ti, V, Nb, Cr, Mo, Mn, Fe, or a mixture thereof.
4. Электродный материал по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве модифицирующей добавки М' используют Mg, Zn, Al, Ga или их смесь.  4. The electrode material according to claim 1, characterized in that Mg, Zn, Al, Ga or a mixture thereof is used as a modifying additive M '.
5. Способ получения электродного материала формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy), где в качестве щелочного металла (А) выступает К и/или Rb, включающий получение фосфата Mi_xM'xOyP04 методом сублимационной сушки с последующим отжигом или керамическим синтезом, с последующим смешением полученного фосфата с AF, AHF2, А2С03 или смесью H F и А2С03 и отжигом полученной смеси. 5. A method of producing an electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), where K and / or Rb acts as an alkali metal (A), including the production of phosphate Mi_ x M' x O y P0 4 by freeze drying, followed by annealing or ceramic synthesis, followed by mixing the obtained phosphate with AF, AHF 2 , A 2 C0 3 or a mixture of HF and A 2 C0 3 and annealing the resulting mixture.
6. Способ получения электродного материала формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy), где в качестве щелочного металла (А) выступает Li и/или Na, или смесь с К и/или Rb, включающий получение электродного материала формулы A(Mi_xM'x)P04(Fi_yOy), где в качестве щелочного металла (А) выступает К и/или Rb по п.5 с последующим полным или частичным замещением К и/или Rb на Li, Na. 6. A method of obtaining an electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), where Li and / or Na acts as an alkali metal (A), or a mixture with K and / or Rb, including obtaining electrode material of the formula A (Mi_ x M ' x ) P0 4 (Fi_ y O y ), where K and / or Rb acts as an alkali metal (A) according to claim 5, followed by complete or partial replacement of K and / or Rb by Li, Na.
7. Способ по п.6, характеризующийся тем, что замещение К и/или Rb на Li и/или Na осуществляют с использованием ионного обмена или электрохимического замещения.  7. The method according to claim 6, characterized in that the substitution of K and / or Rb for Li and / or Na is carried out using ion exchange or electrochemical substitution.
8. Композитный материал для изготовления электродов для металл-ионных аккумуляторов, включающий 60 - 99 % масс, соединения по п. 1, одну или несколько электропроводящих добавок и один или несколько органических связующих компонентов.  8. A composite material for the manufacture of electrodes for metal-ion batteries, including 60 - 99% of the mass, compounds according to claim 1, one or more electrically conductive additives and one or more organic binder components.
9. Композитный материал по п. 7, характеризующийся тем, что в качестве электропроводящей добавки используют графит, графен, сажу, углеродные нанотрубки, проводящие полимерные материалы на основе полианилина, полипиролла, полиэтилендиокситиофена или их смесь в количестве от 0,5 до 20 % масс. 9. The composite material according to claim 7, characterized in that graphite, graphene, carbon black, carbon nanotubes, conductive polymeric materials based on polyaniline, polypyrrole, polyethylene dioxithiophene or a mixture thereof in an amount of from 0.5 to 20% by mass are used as an electrically conductive additive .
10. Композитный материал по п. 7, характеризующийся тем, что в качестве органического связующего компонента используют растворенный в N- метилпирролидоне поливинилиденфторид или его производные или стирол- бутадиеновые каучуки или их смесь или суспензии перфторполиэтилена (фторопласт, тефлон) в воде, в количестве от 0,5 до 20 % масс. 10. The composite material according to claim 7, characterized in that the polyvinylidene fluoride dissolved in N-methylpyrrolidone or its derivatives or styrene-butadiene rubbers or a mixture thereof or suspensions of perfluoropolyethylene (fluoroplast, teflon) in water in an amount of from 0.5 to 20% of the mass.
11. Композитный материал по п. 8, характеризующийся тем, что в качестве перфторполиэтилена используют фторопласт или тефлон.  11. The composite material according to claim 8, characterized in that fluoroplastic or teflon is used as perfluoropolyethylene.
12. Электрод для металл-ионных аккумуляторов, включающий размещенный на металлической подложке композитный материал по п.8.  12. An electrode for metal-ion batteries, comprising a composite material according to claim 8, placed on a metal substrate.
13. Металл-ионный аккумулятор, включающий катод, анод, и электролит, при этом один из электродов выполнен по п. 12. 13. A metal-ion battery comprising a cathode, anode, and an electrolyte, wherein one of the electrodes is made according to claim 12.
PCT/RU2016/050030 2015-09-28 2016-09-08 Electrode material for rechargeable metal-ion batteries and method of producing same WO2017058061A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015141117 2015-09-28
RU2015141117A RU2619600C2 (en) 2015-09-28 2015-09-28 Electrode material for metal-ion battery, method of its production, electrode and electrode material based battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017058061A1 true WO2017058061A1 (en) 2017-04-06

Family

ID=58423957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/050030 WO2017058061A1 (en) 2015-09-28 2016-09-08 Electrode material for rechargeable metal-ion batteries and method of producing same

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2619600C2 (en)
WO (1) WO2017058061A1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018097109A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 学校法人東京理科大学 Positive electrode active material for potassium ion battery, positive electrode for potassium ion battery, and potassium ion battery
CN110492099A (en) * 2019-07-23 2019-11-22 深圳先进技术研究院 A kind of stratiform polyanion positive electrode, preparation method, kalium ion battery anode, kalium ion battery and application
CN111029573A (en) * 2019-12-24 2020-04-17 武汉理工大学 Titanium potassium phosphate oxide film negative electrode material and preparation method and application thereof
CN111634899A (en) * 2020-06-14 2020-09-08 南开大学 Preparation method for deriving and synthesizing carbon-coated titanium potassium phosphate nanoflower based on metal-organic framework
CN113046768A (en) * 2021-03-15 2021-06-29 东北师范大学 Potassium vanadyl fluorophosphate, preparation method and application thereof, and potassium ion battery
CN113394382A (en) * 2021-06-11 2021-09-14 北京化工大学 Titanium potassium phosphate @ carbon-redox graphene material, preparation method thereof and potassium ion battery

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704186C1 (en) * 2018-10-12 2019-10-24 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" METHOD OF PRODUCING CATHODE MATERIAL OF COMPOSITION Na3V2O2X(PO4)2F3-2X (where 0<X≤1) FOR Na-ION BATTERIES
RU2732368C1 (en) * 2020-02-14 2020-09-16 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" (Сколковский институт науки и технологий) Electrode mass, electrode composite material, method of its production and its use in metal-ion accumulators
RU2748159C1 (en) * 2020-12-11 2021-05-20 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" (Сколковский институт науки и технологий) Electrode material for sodium-ion batteries, method of its production, electrode and battery based on the electrode material

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6645452B1 (en) * 2000-11-28 2003-11-11 Valence Technology, Inc. Methods of making lithium metal cathode active materials
KR20090111525A (en) * 2008-04-22 2009-10-27 엘에스엠트론 주식회사 Cathode material for lithium secondary battery and method for preparing of spinel lithium-complex-metal-oxide and lithium secondary battery using it

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6153333A (en) * 1999-03-23 2000-11-28 Valence Technology, Inc. Lithium-containing phosphate active materials
US20110300442A1 (en) * 2010-06-02 2011-12-08 Infinity Energy (Hong Kong) Co., Limited Novel nanoscale solution method for synthesizing lithium cathode active materials
CN102683703A (en) * 2012-06-08 2012-09-19 中南大学 Multi-platform lithium-ion battery composite positive electrode material and preparation method of composite positive electrode material
RU2492557C1 (en) * 2012-09-11 2013-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) Composite cathode material
CN103872289B (en) * 2014-03-28 2017-04-05 中南大学 A kind of ball-shaped lithium-ion battery anode material LiVPO4The preparation method of F
CN104103832A (en) * 2014-07-23 2014-10-15 中南大学 Preparation method for LiFePO4-LiVPO4F for cathode material for lithium ion battery

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6645452B1 (en) * 2000-11-28 2003-11-11 Valence Technology, Inc. Methods of making lithium metal cathode active materials
KR20090111525A (en) * 2008-04-22 2009-10-27 엘에스엠트론 주식회사 Cathode material for lithium secondary battery and method for preparing of spinel lithium-complex-metal-oxide and lithium secondary battery using it

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RECHAM, N. ET AL.: "Preparation and Characterization of a Stable FeS04F-Based Framework for alkali ion Insertion Electrodes", CHEMISTRY OF MATERIALS, 16 October 2012 (2012-10-16), pages 4363 - 4370, XP055385985 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018097109A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 学校法人東京理科大学 Positive electrode active material for potassium ion battery, positive electrode for potassium ion battery, and potassium ion battery
US11145863B2 (en) 2016-11-25 2021-10-12 Tokyo University Of Science Foundation Positive electrode active material for potassium ion battery, positive electrode for potassium ion battery, and potassium ion battery
CN110492099A (en) * 2019-07-23 2019-11-22 深圳先进技术研究院 A kind of stratiform polyanion positive electrode, preparation method, kalium ion battery anode, kalium ion battery and application
CN111029573A (en) * 2019-12-24 2020-04-17 武汉理工大学 Titanium potassium phosphate oxide film negative electrode material and preparation method and application thereof
CN111029573B (en) * 2019-12-24 2021-07-27 武汉理工大学 Titanium potassium phosphate oxide film negative electrode material and preparation method and application thereof
CN111634899A (en) * 2020-06-14 2020-09-08 南开大学 Preparation method for deriving and synthesizing carbon-coated titanium potassium phosphate nanoflower based on metal-organic framework
CN113046768A (en) * 2021-03-15 2021-06-29 东北师范大学 Potassium vanadyl fluorophosphate, preparation method and application thereof, and potassium ion battery
CN113046768B (en) * 2021-03-15 2023-07-21 东北师范大学 Potassium vanadyl fluorophosphate, preparation method and application thereof, and potassium ion battery
CN113394382A (en) * 2021-06-11 2021-09-14 北京化工大学 Titanium potassium phosphate @ carbon-redox graphene material, preparation method thereof and potassium ion battery
CN113394382B (en) * 2021-06-11 2022-11-15 北京化工大学 Potassium titanium phosphate @ carbon-reduced graphene oxide material, preparation method thereof and potassium ion battery

Also Published As

Publication number Publication date
RU2619600C2 (en) 2017-05-17
RU2015141117A (en) 2017-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2619600C2 (en) Electrode material for metal-ion battery, method of its production, electrode and electrode material based battery
Yi et al. Advanced electrochemical properties of Mo-doped Li 4 Ti 5 O 12 anode material for power lithium ion battery
KR101444189B1 (en) Nagative active material for sodium ion battery, method of preparing elecrode using thereof and sodium ion battery comprising same
EP2203948B1 (en) Positive electrode active material, lithium secondary battery, and manufacture methods therefore
TWI614211B (en) Highly dispersible graphene composition, the preparation method thereof, and electrode for lithium ion secondary battery containing the highly dispersible graphene composition
EP2919304B1 (en) Positive electrode active material and hybrid ion battery
Sen et al. Synthesis of molybdenum oxides and their electrochemical properties against Li
Ting et al. Effect of Mn-doping on performance of Li3V2 (PO4) 3/C cathode material for lithium ion batteries
Di Lecce et al. High capacity semi-liquid lithium sulfur cells with enhanced reversibility for application in new-generation energy storage systems
KR101605146B1 (en) Cnt-lto complex for lithium secondary battery, and preparing method of the same, and lithium secondary battery including the same
Hao et al. Synthesis and electrochemical performance of Sn-doped LiNi0. 5Mn1. 5O4 cathode material for high-voltage lithium-ion batteries
KR20150040975A (en) Negative-electrode active material for sodium-ion battery, and sodium-ion battery
Zou et al. Solvothermal synthesized LiMn 1− x Fe x PO 4@ C nanopowders with excellent high rate and low temperature performances for lithium-ion batteries
Li et al. Synthesis and electrochemical characterizations of LiMn2O4 prepared by high temperature ball milling combustion method with citric acid as fuel
RU2718878C1 (en) Connection for electrode material of metal-ion batteries, electrode material based on it, electrode and battery based on electrode material
US20180047983A1 (en) Surface-treated cathode active material for aqueous lithium secondary battery
CN110832682B (en) Positive electrode active material for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery using same
RU2748159C1 (en) Electrode material for sodium-ion batteries, method of its production, electrode and battery based on the electrode material
Du et al. A three volt lithium ion battery with LiCoPO4 and zero-strain Li4Ti5O12 as insertion material
EP3595061B1 (en) Positive electrode active material for potassium secondary battery and potassium secondary battery containing same
KR101233410B1 (en) Cathode active material for lithium secondary battery, method for preparing same, and lithium battery comprising same
KR101713259B1 (en) -TiO LITHIUM TITANIUM OXIDE-TiO COMPLEX FOR SECONDARY BATTERY PREPARING METHOD OF THE SAME AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME
JP6329034B2 (en) Method for producing lithium titanate and method for producing lithium ion secondary battery using the same
US10640391B2 (en) LTO coated LRMO cathode and synthesis
WO2007011053A1 (en) Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery

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: 16852169

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: 16852169

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1