[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2015126285A1 - Anode material for lithium-ion battery and method for the production thereof - Google Patents

Anode material for lithium-ion battery and method for the production thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2015126285A1
WO2015126285A1 PCT/RU2015/000116 RU2015000116W WO2015126285A1 WO 2015126285 A1 WO2015126285 A1 WO 2015126285A1 RU 2015000116 W RU2015000116 W RU 2015000116W WO 2015126285 A1 WO2015126285 A1 WO 2015126285A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lithium
producing
anode
anode material
particles
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000116
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович ЧУРИКОВ
Александр Викторович ИВАНИЩЕВ
Нелли Александровна ГРИДИНА
Арсений Владимирович УШАКОВ
Вячеслав Витальевич ВОЛЫНСКИЙ
Вячеслав Николаевич ТЮГАЕВ
Владимир Владимирович КЛЮЕВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научный центр "Автономные источники тока" (ООО "Научный центр "АИТ")
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 Общество с ограниченной ответственностью "Научный центр "Автономные источники тока" (ООО "Научный центр "АИТ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научный центр "Автономные источники тока" (ООО "Научный центр "АИТ")
Publication of WO2015126285A1 publication Critical patent/WO2015126285A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/003Titanates
    • C01G23/005Alkali titanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G37/00Compounds of chromium
    • C01G37/006Compounds containing, besides chromium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/30Three-dimensional structures
    • C01P2002/32Three-dimensional structures spinel-type (AB2O4)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • 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 chemical technology and is used to produce anode materials for lithium-ion autonomous energy (batteries for hybrid vehicles, electric vehicles, energy storage buffer systems, etc.).
  • LIA lithium-ion battery technology
  • the traditional anode material in such batteries is graphite, capable of reversibly introducing lithium [1]
  • the cathode is lithiated cobalt oxide (lithium-cobalt oxide) LiCo0 2 [2].
  • LIA systems “carbon - lithium-cobalt oxide” currently occupy a significant part of the market for power supplies for portable electronics, their use for powering transport and energy is impossible due to such inherent disadvantages as fire hazard at high temperatures, capacity degradation at high potentials, temperatures and cycling rates, short service life (500 cycles).
  • the solution to the problem of creating reliable, safe, but at the same time powerful and energy-intensive batteries for transport and energy is impossible without the creation of fundamentally new active electrode materials.
  • the traditional way to improve the anode materials is to create high-capacity lithium-accumulating compounds with high lithium activity and electrode potential close to the potential of metallic lithium.
  • tin forms similar crystalline structures and compounds similar in stoichiometry. It also fuses with lithium to form Li 22 Sns. However, tin has a larger with silicon, the unit cell volume, in connection with which it suffers less from volume changes.
  • a disadvantage of the proposed solutions is that tin is four times heavier than silicon, and the specific capacity of Li intercalated Sn5 22 as many times lower than - 990 mAh / g vs. 4200 mAh / g of Li in 22 Si5.
  • Promising anode materials LIA is a group of compounds with moderate capacitance values, in which lithium activity and, accordingly, electrode potential have an intermediate value between traditional anode and cathode materials.
  • a typical example is lithium titanium spinel, or lithium titanate, Li ⁇ i ⁇ On [6].
  • This material has a theoretical capacity of 175 mAh / g and a charge-discharge curve plateau potential of -1, 55 V. This potential is much higher than the recovery potentials of most organic solvents, therefore, solid-state electrolyte films with high resistance are not formed, and lithium metal is released on the anode is practically eliminated.
  • L D ⁇ Op compared with silicon and tin compounds is small volume changes (less than 0.2%) during lithiation and delitration, which guarantees stability during long-term cycling.
  • the material has high conductive properties for lithium ions: the specific conductivity is 5.8 ⁇ 10 " Ohm " -cm " even at room temperature [7].
  • the most significant drawback of Li 4 Ti 5 0i 2 is its low electronic conductivity (about 10 "13 Ohm " 1- cm “1 ) [8].
  • An effective way to increase the utilization of the active material and increase the delivered electric capacity is to further reduce the resistance to charge transfer between the particles of the active substance due to the use of nanostructured materials with particles of a sufficiently small size.
  • Colloidal methods are known [12], which make it possible to obtain active material with smaller particles, however, they are complex, expensive, and therefore unsuitable for constructing a technological process based on them, and therefore are used in practice only in laboratory conditions.
  • More technologically advanced are methods with mechanochemical homogenization of precursors [13].
  • the proposed technical solution to a certain extent combines these two types of methods: a mixture of precursors is processed mechanochemically, but a gelling agent is introduced into its composition, which forms a viscous medium during heat treatment. This medium, on the one hand, promotes the formation of small particles, and on the other hand, is a precursor to the conductive carbon matrix.
  • the present invention is to develop a method for producing a powdered dispersed anode material with a spinel structure and a carbon coating with improved electrochemical parameters for use in LIA.
  • the technical result is to increase the specific capacity and reversibility, charge-discharge current and stability during cycling.
  • the method for producing the anode material LiCrTiC C with a spinel structure and carbon coated lithium-ion battery power comprises mixing lithium Li 2 C0 3, titanium oxide (IV) T 2 and a chromium oxide (III) Cr 2 0 3 in a stoichiometric ratio, as well as a certain amount of a carbon precursor, grinding particles of the mixture in a ball mill and subsequent heat treatment, according to the solution as a carbon precursor starch ( ⁇ 6 ⁇ 0 5 ) p is used , grinding is carried out in acetone, and heat treatment is carried out at a temperature of 800 - 850 ° ⁇ .
  • the proposed technology for producing anode materials is simple and low cost due to the use of low temperatures and inexpensive synthesis precursors.
  • FIG. Figure 1 shows the charge – discharge curves for LiCrTi0 4 / C obtained at a cyclic current of 0.1 C in the range of potentials of 1.0–2.5 V relative to metallic lithium.
  • the inventive electrode material excels in its characteristics the best world samples.
  • the inventive electrode material with structure type spinel, carbon coating, and the general formula LiCrTiCVC prepared by a method comprising the following steps: grinding in a mill-activator (e.g., ASC-2) a mixture of precursor 1 l 2 cos, Ti0 2, Cr 2 0z taken in stoichiometric ratio and starch (C 6 Hio0 5) n. Grinding is carried out in acetone to obtain particles with a size of not more than 10 microns. After grinding, the mixture is annealed in the temperature range 800 ° C - 850 ° C for 3 to 10 hours to obtain the anode material LIA composition LiCrTiCVC. The specified temperature range is sufficient for the entry of the ingredients into the solid-phase interaction.
  • a mill-activator e.g., ASC-2
  • the active material For the manufacture of the active material from the obtained material for negative LIA electrodes, mechanical mixing of the active material LiCrTiCVC, a binder (polyvinylidene difluoride, PVdF) and an electrically conductive additive (acetylene black) in a ratio of 80:10:10 is carried out, followed by additional homogenization of the mixture by ultrasonic dispersion.
  • a binder polyvinylidene difluoride, PVdF
  • an electrically conductive additive acetylene black
  • initial precursors are taken in the indicated or proportional to the indicated amounts: L1 2 CO 3 - 2.719 g, TU 2 - 5.879 g, Cr 2 0 3 - 5.593 g, starch ( ⁇ b ⁇ ⁇ ) ,, - 7.360 g.
  • the components are mixed in an AGO-2 ball mill activator in acetone taken in an amount of 35 ml for 20 minutes, followed by heat treatment in argon at 800 ° C for 8 hours.
  • the specific discharge capacity of the anode material is 143 mA'h / g, and charging 145 mAh / g on the first cycle at a current of 0.1 C.
  • the invention allows you to achieve Oka specific capacity and reversibility with cycling (FIG. 1).
  • Porotnikov, N.V. Synthesis and study of the electrical conductivity of complex oxides in the Li 2 0 - ZnO - Ti0 2 system / N.V.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

The invention relates to chemical technology and is used for producing anode materials for lithium-ion autonomous energy systems (batteries for hybrid transportation, electric vehicles, energy storage buffer systems etc.). The proposed material, LiCrTiO4, is a Cr-substituted derivative of lithium-titanium spinel, Li4Ti5O12. The production method thereof includes mixing lithium salt (Li2CO3), titanium oxide (IV) (TiO2) and chromium oxide (III) (Cr2O3) in a stoichiometric ratio in the presence of a gelling agent (starch). The particles of the mixture are ground in a ball mill in an acetone medium, and subsequently thermally treated at a temperature of 800-850ºC. The invention allows for producing an anode material having high indicators of specific capacity and reversibility of cycling.

Description

АНОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЛИТИЙ-ИОННОГО  ANODE MATERIAL FOR LITHIUM-IONIC
АККУМУЛЯТОРА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ  BATTERY AND METHOD FOR PRODUCING IT
Изобретение относится к химической технологии и используется для получения анодных материалов для литий-ионной автономной энергетики (аккумуляторов для гибридного транспорта, электромобилей, буферных систем хранения энергии и т.д.). The invention relates to chemical technology and is used to produce anode materials for lithium-ion autonomous energy (batteries for hybrid vehicles, electric vehicles, energy storage buffer systems, etc.).
Значительный прогресс в технологии литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) сделал автономные источники электропитания этого типа наиболее энергоемкими среди перезаряжаемых электрохимических систем. Традиционным анодным материалом в таких аккумуляторах является графит, способный обратимо внедрять литий [1], а катодом - литированный оксид кобальта (оксид лития-кобальта) LiCo02 [2]. Несмотря на то, что ЛИА системы «углерод - оксид лития-кобальта» в настоящее время занимают значительную часть рынка источников питания для портативной электроники, их применение для питания транспорта и энергетики невозможно из-за таких присущих им недостатков, как пожароопасность при высоких температурах, деградация емкости при высоких потенциалах, температурах и скоростях циклирования, малый срок службы (500 циклов). Significant progress in lithium-ion battery technology (LIA) has made autonomous power supplies of this type the most energy-intensive among rechargeable electrochemical systems. The traditional anode material in such batteries is graphite, capable of reversibly introducing lithium [1], and the cathode is lithiated cobalt oxide (lithium-cobalt oxide) LiCo0 2 [2]. Despite the fact that LIA systems “carbon - lithium-cobalt oxide” currently occupy a significant part of the market for power supplies for portable electronics, their use for powering transport and energy is impossible due to such inherent disadvantages as fire hazard at high temperatures, capacity degradation at high potentials, temperatures and cycling rates, short service life (500 cycles).
Решение проблемы создания надежных, безопасных, но в то же время мощных и энергоемких аккумуляторов для транспорта и энергетики невозможно без создания принципиально новых активных электродных материалов. Традиционным путем совершенствования анодных материалов является создание высокоемких литий- аккумулирующих соединений с высокой активностью лития и электродным потенциалом, близким к потенциалу металлического лития.  The solution to the problem of creating reliable, safe, but at the same time powerful and energy-intensive batteries for transport and energy is impossible without the creation of fundamentally new active electrode materials. The traditional way to improve the anode materials is to create high-capacity lithium-accumulating compounds with high lithium activity and electrode potential close to the potential of metallic lithium.
Известны анодные материалы на базе сплавов лития с кремнием [3]. Теоретическая емкость наиболее богатого литием соединения кремния (Li22Si5) достигает 4200 мА-ч/г в расчете на чистый кремний или 2011 мА'ч/г в расчете на соединение Li22Sis. Главным препятствием стабильной работы литий-кремниевого интеркаляционного электрода являются большие объемные изменения, происходящие в ходе циклов внедрения/экстракции лития. Эти изменения достигают 310% исходного объема кремния и являются причиной механической нестойкости материала. Known anode materials based on lithium alloys with silicon [3]. The theoretical capacity of the richest lithium silicon compound (Li 22 Si 5 ) reaches 4200 mAh / g calculated on pure silicon or 2011 mA'h / g calculated on the Li 22 Sis compound. The main obstacle to the stable operation of the lithium-silicon intercalation electrode is the large volumetric changes that occur during lithium incorporation / extraction cycles. These changes reach 310% of the initial volume of silicon and are the cause of the mechanical instability of the material.
Известны анодные материалы на основе сплавов лития с оловом [4]. Находясь в одной подгруппе периодической системы с кремнием, олово образует схожие кристаллические структуры и аналогичные по стехиометрии соединения. Оно также сплавляется с литием с образованием Li22Sns. Однако олово имеет и больший по сравнению с кремнием объем элементарной ячейки, в связи с чем оно меньше страдает от объемных изменений. Недостатком предлагаемого решения является то, что олово вчетверо тяжелее кремния, и удельная интеркалируемая емкость Li22Sn5 во столько же раз ниже - 990 мА-ч/г против 4200 мА-ч/г у Li22Si5. Known anode materials based on lithium alloys with tin [4]. Being in the same subgroup of the periodic system with silicon, tin forms similar crystalline structures and compounds similar in stoichiometry. It also fuses with lithium to form Li 22 Sns. However, tin has a larger with silicon, the unit cell volume, in connection with which it suffers less from volume changes. A disadvantage of the proposed solutions is that tin is four times heavier than silicon, and the specific capacity of Li intercalated Sn5 22 as many times lower than - 990 mAh / g vs. 4200 mAh / g of Li in 22 Si5.
Возможности повышения удельной емкости углеграфитовых материалов в настоящее время исчерпаны и соответствуют наиболее богатому литием соединению 1лСб (372 мА-ч/г). Перспективным решением проблемы ограниченной емкости литированного углерода является использование литированных композитов Si-C, Sn-C или Si-Sn-C [5]. Недостатком данного решения является высокая активность лития в вышеперечисленных материалах, обусловливающая их недостаточную безопасность. The possibilities of increasing the specific capacity of carbon-graphite materials have now been exhausted and correspond to the most abundant lithium compound 1lC b (372 mAh / g). A promising solution to the problem of the limited capacity of lithiated carbon is the use of lithiated Si – C, Sn – C, or Si – Sn – C composites [5]. The disadvantage of this solution is the high activity of lithium in the above materials, which determines their insufficient safety.
Перспективными анодными материалами ЛИА является группа соединений с умеренными значениями емкости, у которых активность лития и, соответственно, электродный потенциал имеют промежуточное значение между традиционными анодными и катодными материалами. Типичным примером является литий-титановая шпинель, или титанат лития, Li^i^On [6]. Данный материал имеет теоретическую емкость 175 мА'ч/г и потенциал плато зарядно-разрядной кривой -1 ,55 В. Этот потенциал намного выше потенциалов восстановления большинства органических растворителей, поэтому на поверхности материала не образуется твердоэлектролитных плёнок с высоким сопротивлением, а выделение металлического лития на аноде практически исключается. Другим преимуществом Ь Д^Оп по сравнению с соединениями кремния и олова являются малые объемные изменения (менее 0,2%) при литировании и делитировании, что гарантирует стабильность при длительном циклировании. Кроме всего перечисленного, материал обладает высокими проводящими свойствами по ионам лития: значение удельной проводимости составляет 5,8 · 10" Ом" -см" уже при комнатной температуре [7]. Наиболее существенным недостатком Li4Ti50i2 является его низкая электронная проводимость (порядка 10"13 Ом"1 -см"1) [8]. Promising anode materials LIA is a group of compounds with moderate capacitance values, in which lithium activity and, accordingly, electrode potential have an intermediate value between traditional anode and cathode materials. A typical example is lithium titanium spinel, or lithium titanate, Li ^ i ^ On [6]. This material has a theoretical capacity of 175 mAh / g and a charge-discharge curve plateau potential of -1, 55 V. This potential is much higher than the recovery potentials of most organic solvents, therefore, solid-state electrolyte films with high resistance are not formed, and lithium metal is released on the anode is practically eliminated. Another advantage of L D ^ Op compared with silicon and tin compounds is small volume changes (less than 0.2%) during lithiation and delitration, which guarantees stability during long-term cycling. In addition to all of the above, the material has high conductive properties for lithium ions: the specific conductivity is 5.8 · 10 " Ohm " -cm " even at room temperature [7]. The most significant drawback of Li 4 Ti 5 0i 2 is its low electronic conductivity (about 10 "13 Ohm " 1- cm "1 ) [8].
Традиционным способом повышения проводящих свойств Li4Ti50|2 является решение по патенту [9], заключающееся в создании матрицы из электропроводного материала (чаще всего углеграфитового) и распределении частиц электроактивного материала в объеме этой матрицы. Недостатком данного способа является то, что при его использовании происходит повышение электропроводности на границе кристаллов активного вещества, в то время как величина внутренней электропроводности
Figure imgf000004_0001
остается практически неизменной.
The traditional way to increase the conductive properties of Li 4 Ti 5 0 | 2 is the solution according to the patent [9], which consists in creating a matrix of electrically conductive material (most often carbon graphite) and the distribution of particles of electroactive material in the volume of this matrix. The disadvantage of this method is that when it is used, there is an increase in electrical conductivity at the boundary of the crystals of the active substance, while the value of internal electrical conductivity
Figure imgf000004_0001
remains virtually unchanged.
Перспективным способом повышения электропроводности Li4Ti50i2 является допирование титаната лития различными модифицирующими З -элементами. В патенте [10], принятом за прототип, предлагается использование в качестве активного электродного материала ЛИА вещества состава LiCrTi04. Величина электронной проводимости в соединении LiCrTi04 повышается до значений порядка 10"6 Ом^см"1 [11]. Присутствие ионов хрома снижает сопротивление переносу заряда внутри частиц активного материала, тем самым увеличивая его удельную мощность. Данное техническое решение предполагает ведение синтеза активного материала в присутствии восстановителя, в роли которого выступает углерод, образующийся в результате сгорания и разложения органического прекурсора, содержащегося в исходной шихте. Недостатком данного решения является некоторое снижение обратимой электрической емкости, вызываемое присутствием ионов хрома. A promising way to increase the electrical conductivity of Li 4 Ti 5 0i 2 is the doping of lithium titanate with various modifying 3-elements. In the patent [10], adopted as a prototype, it is proposed to use as an active electrode material LIA substance composition LiCrTi0 4 . The electron conductivity in the LiCrTi0 4 compound rises to values of the order of 10 "6 Ohm ^ cm " 1 [11]. The presence of chromium ions reduces the charge transfer resistance inside the particles of the active material, thereby increasing its specific power. This technical solution involves the synthesis of the active material in the presence of a reducing agent, the role of which is carbon formed as a result of combustion and decomposition of the organic precursor contained in the initial charge. The disadvantage of this solution is a slight decrease in the reversible electric capacitance caused by the presence of chromium ions.
Эффективным путем повышения коэффициента использования активного материала и увеличения отдаваемой электрической емкости является дополнительное снижение сопротивления переносу заряда между частицами активного вещества за счет применения наноструктурированных материалов с частицами достаточно малого размера. Известны коллоидные методы [12], позволяющие получить активный материал с более мелкими частицами, однако они сложны, затратны и в силу этого малопригодны для построения на их основе технологического процесса, и потому на практике применяются лишь в лабораторных условиях. Более технологичными являются методы с механохимической гомогенизацией прекурсоров [13]. Предлагаемое техническое решение в определенной степени объединяет эти два типа методов: смесь прекурсоров обрабатывается механохимически, но в ее состав вводится гелеобразующий агент, который в ходе термической обработки образует вязкую среду. Эта среда, с одной стороны, способствует образованию частиц малого размера, а с другой - является прекурсором проводящей углеродной матрицы.  An effective way to increase the utilization of the active material and increase the delivered electric capacity is to further reduce the resistance to charge transfer between the particles of the active substance due to the use of nanostructured materials with particles of a sufficiently small size. Colloidal methods are known [12], which make it possible to obtain active material with smaller particles, however, they are complex, expensive, and therefore unsuitable for constructing a technological process based on them, and therefore are used in practice only in laboratory conditions. More technologically advanced are methods with mechanochemical homogenization of precursors [13]. The proposed technical solution to a certain extent combines these two types of methods: a mixture of precursors is processed mechanochemically, but a gelling agent is introduced into its composition, which forms a viscous medium during heat treatment. This medium, on the one hand, promotes the formation of small particles, and on the other hand, is a precursor to the conductive carbon matrix.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения порошкообразного дисперсного анодного материала со структурой шпинели и углеродным покрытием с улучшенными электрохимическими параметрами для применения в ЛИА. The present invention is to develop a method for producing a powdered dispersed anode material with a spinel structure and a carbon coating with improved electrochemical parameters for use in LIA.
Техническим результатом является повышение удельной емкости и обратимости, тока заряда-разряда и стабильности при циклировании.  The technical result is to increase the specific capacity and reversibility, charge-discharge current and stability during cycling.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения анодного материала LiCrTiC C со структурой шпинели и углеродным покрытием для литий-ионной автономной энергетики включает смешение соли лития Li2C03, оксида титана (IV) Т 2 и оксида хрома (III) Сг203 в стехиометрическом соотношении, а также определенного количества углеродного прекурсора, измельчение частиц смеси в шаровой мельнице и последующую термообработку, согласно решению в качестве углеродного прекурсора используется крахмал (С6Ню05)п, измельчение проводят в среде ацетона, а термообработку ведут при температуре 800 - 850 °С. Said technical result is achieved by the method for producing the anode material LiCrTiC C with a spinel structure and carbon coated lithium-ion battery power comprises mixing lithium Li 2 C0 3, titanium oxide (IV) T 2 and a chromium oxide (III) Cr 2 0 3 in a stoichiometric ratio, as well as a certain amount of a carbon precursor, grinding particles of the mixture in a ball mill and subsequent heat treatment, according to the solution as a carbon precursor starch (С 6 Ню0 5 ) p is used , grinding is carried out in acetone, and heat treatment is carried out at a temperature of 800 - 850 ° С.
Предлагаемая технология получения анодных материалов отличается простотой и низкой себестоимостью вследствие применения невысоких температур и недорогих прекурсоров синтеза.  The proposed technology for producing anode materials is simple and low cost due to the use of low temperatures and inexpensive synthesis precursors.
На фиг. 1 представлены зарядно-разрядные кривые для LiCrTi04/C, полученные при токе циклирования 0,1 С в интервале потенциалов 1,0 - 2,5 В относительно металлического лития. Заявляемый электродный материал превосходит по своим характеристикам лучшие мировые образцы. In FIG. Figure 1 shows the charge – discharge curves for LiCrTi0 4 / C obtained at a cyclic current of 0.1 C in the range of potentials of 1.0–2.5 V relative to metallic lithium. The inventive electrode material excels in its characteristics the best world samples.
Заявляемый электродный материал со структурой типа шпинель, углеродным покрытием и общей формулой LiCrTiCVC получают способом, включающим следующие стадии: измельчение в мельнице-активаторе (например, АГО-2) смеси прекурсоров 1л2СОз, Ti02, Сг20з, взятых в стехиометрическом соотношении, а также крахмала (C6Hio05)n. Измельчение проводят в среде ацетона до получения частиц с размерами не более 10 мкм. После измельчения проводят отжиг смеси в интервале температур 800°С - 850°С в течение 3 - 10 часов для получения анодного материала ЛИА состава LiCrTiCVC. Указанный температурный диапазон является достаточным для вступления ингредиентов в твердофазное взаимодействие. The inventive electrode material with structure type spinel, carbon coating, and the general formula LiCrTiCVC prepared by a method comprising the following steps: grinding in a mill-activator (e.g., ASC-2) a mixture of precursor 1 l 2 cos, Ti0 2, Cr 2 0z taken in stoichiometric ratio and starch (C 6 Hio0 5) n. Grinding is carried out in acetone to obtain particles with a size of not more than 10 microns. After grinding, the mixture is annealed in the temperature range 800 ° C - 850 ° C for 3 to 10 hours to obtain the anode material LIA composition LiCrTiCVC. The specified temperature range is sufficient for the entry of the ingredients into the solid-phase interaction.
Для изготовления из полученного материала активной массы для отрицательных электродов ЛИА производят механическое смешение активного материала LiCrTiCVC, связующего (поливинилидендифторида, PVdF) и электропроводной добавки (ацетиленовая сажа) в соотношении 80:10:10 с последующей дополнительной гомогенизацией смеси путем ультразвукового диспергирования.  For the manufacture of the active material from the obtained material for negative LIA electrodes, mechanical mixing of the active material LiCrTiCVC, a binder (polyvinylidene difluoride, PVdF) and an electrically conductive additive (acetylene black) in a ratio of 80:10:10 is carried out, followed by additional homogenization of the mixture by ultrasonic dispersion.
Пример конкретного выполнения.  An example of a specific implementation.
Для получения композита LiCrTiCVC берут исходные прекурсоры в указанных или пропорциональных указанным количествах: L12CO3 - 2,719 г, ТЮ2 - 5,879 г, Сг203 - 5,593 г, крахмал (СбНюС^),, - 7,360 г. Исходные компоненты подвергаются смешению в шаровой мельнице-активаторе АГО-2 в среде ацетона, взятого в количестве 35 мл, в течение 20 минут с последующей термообработкой в среде аргона при 800 °С в течение 8 ч. Удельная разрядная емкость анодного материала составляет 143 мА'ч/г, а зарядная 145 мА-ч/г на первом цикле при токе 0,1 С. Таким образом, изобретение позволяет добиться высокой удельной емкости и обратимости при циклировании (фиг. 1 ). To obtain the LiCrTiCVC composite, initial precursors are taken in the indicated or proportional to the indicated amounts: L1 2 CO 3 - 2.719 g, TU 2 - 5.879 g, Cr 2 0 3 - 5.593 g, starch (С b НюС ^) ,, - 7.360 g. the components are mixed in an AGO-2 ball mill activator in acetone taken in an amount of 35 ml for 20 minutes, followed by heat treatment in argon at 800 ° C for 8 hours. The specific discharge capacity of the anode material is 143 mA'h / g, and charging 145 mAh / g on the first cycle at a current of 0.1 C. Thus, the invention allows you to achieve Oka specific capacity and reversibility with cycling (FIG. 1).
ПУБЛИКАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ЗАЯВКИ Патент США 4,668,595 от 26 мая 1987 г. Вторичный химический источник тока. PUBLICATIONS TAKEN INTO ACCOUNT WHEN DRAWING IN THE APPLICATION U.S. Patent 4,668,595 of May 26, 1987. Secondary chemical current source.
Патент США » 4,302,518 от 24 ноября 1981 г. Электрохимический элемент с новыми быстрыми ионными проводниками. US Patent 4,302,518 of November 24, 1981. An electrochemical cell with new fast ionic conductors.
Патент США N° 3,969,139 от 13 июля 1976 г. Литиевый электрод и накопитель электрической энергии на его основе. U.S. Patent N ° 3,969,139 of July 13, 1976. A lithium electrode and an electric energy storage device based thereon.
Патент США Ns 3,506,490 от 14 апреля 1970 г. Источник тока с твердым электролитом и анодом из лития или литиевого сплава. US Patent Ns 3,506,490 dated April 14, 1970. A solid electrolyte current source with a lithium or lithium alloy anode.
Патент США N° 5,587,256 от 24 декабря 1996 г. Углеродистые соединения внедрения и их применение в качестве анодов в перезаряжаемых химических источниках тока. US Patent N ° 5,587,256 of December 24, 1996. Carbon interstitial compounds and their use as anodes in rechargeable chemical current sources.
Патент США Ne 5,545,468 от 13 августа 1996 г. Перезаряжаемый литиевый источник тока и технология изготовления анода для него. US Patent Ne 5,545,468 of August 13, 1996. Rechargeable lithium current source and anode manufacturing technology for it.
Поротников, Н. В. Синтез и исследование электропроводности сложных оксидов в системе Li20 - ZnO - Ti02 / Н. В. Поротников, Н. Г. Чабан, К. И. Петров // Известия АН СССР. Неорг. материалы. - 1982. - Т. 18, Jfe 6. - С. 1066 - 1067. Porotnikov, N.V. Synthesis and study of the electrical conductivity of complex oxides in the Li 2 0 - ZnO - Ti0 2 system / N.V. Porotnikov, N.G. Chaban, K.I. Petrov // Izvestiya AN SSSR. Norg. materials. - 1982. - T. 18, Jfe 6. - S. 1066 - 1067.
Chen, С. Н. Studies of Mg-Substituted Li4-xMgxTi50i2 Spinel Electrodes (0 < x < 1) for Lithium Batteries / С. H. Chen, J. T. Vaughey, A. N. Jansen, D. W. Dees, A. J. ahaian, T. Goacher and M. M. Thackeray // J. Electrochem. Soc. - 2001. - Vol. 148, Issue 1. - P. A 102 - A104. Chen, S. N. Studies of Mg-Substituted Li 4 - x Mg x Ti 5 0i2 Spinel Electrodes (0 <x <1) for Lithium Batteries / C. H. Chen, JT Vaughey, AN Jansen, DW Dees, AJ ahaian , T. Goacher and MM Thackeray // J. Electrochem. Soc. - 2001. - Vol. 148, Issue 1. - P. A 102 - A104.
Патент Канады Ne 2,327,370 Al от 5 июня 2002 г. Новый способ получения чистого Li4Ti50i2 H3 тройной смеси TiX-LiY-углерод: влияние углерода на синтез и проводимость электрода. Canadian Patent Ne 2,327,370 Al dated June 5, 2002. A new method for producing pure Li 4 Ti 5 0i 2 H3 ternary mixture TiX-LiY-carbon: the effect of carbon on the synthesis and conductivity of the electrode.
Патент США N° 6,706,445 В2 от 16 марта 2004 г. Синтез литерованных титанатов переходных металлов для литиевых источников тока. US patent N ° 6,706,445 B2 of March 16, 2004. Synthesis of lithium transition metal titanates for lithium current sources.
Feng, X. Y. Lithium Chromium Oxide Modified Spinel LiCrTi04 with Improved Electrochemical Properties / X. Y. Feng, C. Shen, N. Ding, С. H. Chen // J. Mater. Chem. - 2012. - Vol. 22. - P. 20861 - 20865. Feng, XY Lithium Chromium Oxide Modified Spinel LiCrTi0 4 with Improved Electrochemical Properties / XY Feng, C. Shen, N. Ding, C. H. Chen // J. Mater. Chem. - 2012. - Vol. 22. - P. 20861-20865.
Патент США jN° 7,547,490 B2 от 16 июня 2009 г. Литий-титановая шпинель Li4Ti50i2 с улучшенными характеристиками для использования в качестве электродного материала. Патент США Ne 7,879,493 В2 от 1 февраля 201 1 г. Титанаты щелочных металлов и способы их синтеза. US patent jN ° 7,547,490 B2 of June 16, 2009. Lithium titanium spinel Li 4 Ti 5 0i 2 with improved characteristics for use as an electrode material. US patent Ne 7,879,493 B2 of February 1, 201 1 g. Alkali metal titanates and methods for their synthesis.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ  CLAIM
Способ получения анодного материала со структурой шпинели для литий-ионной автономной энергетики, включающий смешение соли лития ЬлгСОз, оксида титана (IV) Т 2 и оксида хрома (III) Сг203 в стехиометрическом соотношении, а также углеродного прекурсора, измельчение частиц смеси в шаровой мельнице и последующую термообработку, отличающийся тем, что в качестве углеродного прекурсора используется крахмал (С6Ню05)п, измельчение проводят в среде ацетона, а температура термообработки лежит в пределах 800 - 850 °С. A method for producing an anode material with a spinel structure for lithium-ion autonomous energy, comprising mixing a lithium salt of LiGCO3, titanium oxide (IV) T 2 and chromium oxide (III) Cr 2 0 3 in a stoichiometric ratio, as well as a carbon precursor, grinding particles of the mixture in a ball mill, and subsequent heat treatment, characterized in that the carbon precursor is used as starch (C 6 Nyu05) n, grinding is carried out in acetone, and the heat treatment temperature is in the range 800 - 850 ° C.
PCT/RU2015/000116 2014-02-18 2015-03-23 Anode material for lithium-ion battery and method for the production thereof WO2015126285A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014106061 2014-02-18
RU2014106061/04A RU2558140C1 (en) 2014-02-18 2014-02-18 LiCrTiO4-BASED MATERIAL OF ANODE IN LITHIUM-ION BATTERY BASED ON SPINEL-STRUCTURE AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015126285A1 true WO2015126285A1 (en) 2015-08-27

Family

ID=53762704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000116 WO2015126285A1 (en) 2014-02-18 2015-03-23 Anode material for lithium-ion battery and method for the production thereof

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2558140C1 (en)
WO (1) WO2015126285A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112408480A (en) * 2020-11-30 2021-02-26 海南大学 LiCrTiO with electrochemical oscillation effect4Preparation method of (1)
CN113594437A (en) * 2021-07-21 2021-11-02 安徽天时新能源科技有限公司 Negative active material of low-temperature lithium battery and preparation method thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2634561C1 (en) * 2016-12-15 2017-10-31 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Method for producing nanocomposition powder anode materials for lithium-ion accumulators

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070281211A1 (en) * 2006-06-05 2007-12-06 T/J Technologies, Inc. Alkali metal titanates and methods for their synthesis
RU2412506C1 (en) * 2007-11-05 2011-02-20 КОКАМ КО., Лтд. Active anode material for lithium batteries, having core and cladding, method of producing material and lithium battery containing said material
CN103531774A (en) * 2013-10-30 2014-01-22 合肥恒能新能源科技有限公司 Modified lithium titanate negative electrode material made of nanometer material and preparing method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070281211A1 (en) * 2006-06-05 2007-12-06 T/J Technologies, Inc. Alkali metal titanates and methods for their synthesis
RU2412506C1 (en) * 2007-11-05 2011-02-20 КОКАМ КО., Лтд. Active anode material for lithium batteries, having core and cladding, method of producing material and lithium battery containing said material
CN103531774A (en) * 2013-10-30 2014-01-22 合肥恒能新能源科技有限公司 Modified lithium titanate negative electrode material made of nanometer material and preparing method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XUYONG FENG ET AL.: "Lithium chromium oxide modified spinel LiCrTi04 with improved electrochemical properties.", J. MATER. CHEM., vol. 22, 2012, pages 20861 - 20864, XP055221226, ISSN: 0959-9428 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112408480A (en) * 2020-11-30 2021-02-26 海南大学 LiCrTiO with electrochemical oscillation effect4Preparation method of (1)
CN112408480B (en) * 2020-11-30 2022-01-18 海南大学 LiCrTiO with electrochemical oscillation effect4Preparation method of (1)
CN113594437A (en) * 2021-07-21 2021-11-02 安徽天时新能源科技有限公司 Negative active material of low-temperature lithium battery and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2558140C1 (en) 2015-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7316564B2 (en) battery
JP7145439B2 (en) battery
JP7417924B2 (en) Solid electrolyte materials and batteries
WO2019135316A1 (en) Solid electrolyte material and battery
WO2019135318A1 (en) Solid electrolyte material and battery
WO2019135315A1 (en) Solid electrolyte material and battery
CN110581303B (en) Solid state electrochemical assembly, solid state electrochemical device and method of making the same
JP5390547B2 (en) Phosphorus-doped spinel structure lithium titanium oxide material
US10312515B2 (en) Lithium sulfur cell with dopant
US9011731B2 (en) Method for preparing negative electrode material of lithium ion battery
KR20120010552A (en) Solid lithium ion secondary battery and electrode usable with same
JP2012028231A (en) Solid lithium ion secondary battery
JP2017152352A (en) Sulfide solid electrolyte material, lithium solid battery, and method for manufacturing sulfide solid electrolyte material
WO2018137169A1 (en) Lithium ion battery and preparation method therefor
CN110104677B (en) Composite lithium titanate material and preparation method and application thereof
US10224539B2 (en) Surface modified cathode with improved lithium intercalation behavior
JP2012182115A (en) Method for manufacturing negative electrode active material for electricity storage device
WO2020174868A1 (en) Positive electrode material, and battery
JP2017088427A (en) Manufacturing method of crystal, crystal and electrolyte for fluoride ion secondary battery
JP2016004708A (en) Cathode active material for lithium ion secondary battery and manufacturing method for the same, and lithium ion secondary battery using the same
KR20140143859A (en) Sodium Vanadium Oxide Anode Material for Sodium Ion Secondary Battery, Preparation Method Thereof and Sodium Ion Secondary Battery Having the same
JP7262999B2 (en) Manufacturing method of positive electrode active material, manufacturing method of non-aqueous electrolyte secondary battery, positive electrode active material, positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary battery
RU2558140C1 (en) LiCrTiO4-BASED MATERIAL OF ANODE IN LITHIUM-ION BATTERY BASED ON SPINEL-STRUCTURE AND METHOD OF ITS PRODUCTION
Yuan et al. High‐Safety Anode Materials for Advanced Lithium‐Ion Batteries
JP6102615B2 (en) Negative electrode active material and secondary battery using the same

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: 15751962

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: 15751962

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1