ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА «СФЕРИЧЕСКИЙ ГРАФИТ – Fe2O3»
Аннотация
В данной работе проведено исследование процесса получения композиционного материала “сферический графит – оксид железа”, с целью его дальнейшего использования в качестве анодного материала литий-ионных аккумуляторов. Получение композита проводили путем осаждения наночастиц оксида железа на поверхность сферического графита. В работе изучено влияние параметров процесса осаждения на физико-химические свойства композита. Было установлено, что существенное влияние на конечные свойства композита оказывают: природа осадителя, плотность загрузки графитом рабочего раствора осаждения, время состаривания системы, соотношение двух- и трехвалентного железа в растворе. В качестве осадителей были исследованы растворы аммиака и мочевины. В случае использования мочевины отмечено образование частиц оксида железа с меньшими размерами областей когерентного рассеивания, т.е. с меньшими размерами кристаллитов. Аморфные осадки Fe2O3 более предпочтительны с точки зрения использования их в качестве анодного материала. При увеличении плотности загрузки раствора осаждения графитом наблюдалось увеличение выхода наночастиц оксида железа, однако при плотностях загрузки выше 15 г/л происходило образование крупных агрегатов оксида железа. С увеличением продолжительности состаривания системы осаждения отмечено улучшение распределения наночастиц оксида железа по поверхности сферического графита и уменьшение агрегатов наночастиц. Аналогичное влияние оказывает и увеличение мольной доли Fe2+ в растворе осаждения. На основании полученных экспериментальных данных были определены оптимальные режимы процесса осаждения оксида железа. При данных условиях получен образец сферического графита, покрытый наночастицами Fe2O3 со средними размерами частиц 30-50 нм, содержание оксида в образце составило 3,7%. Электрохимические исследования макета литий-ионного аккумулятора показали, что сферический графит, модифицированный оксидом железа, показывает увеличенную до 370 мА∙ч/г обратимую емкость и большую стабильность работы.
Братков И.В., Иванов А.Д., Колчин А.Д., Савицкий И.А. Исследование процесса получения композиционного материала «сферический графит – Fe2O3». Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 3. С. 127-134. DOI: 10.6060/ivkkt.20246703.7041.
Литература
Skundin A.M., Voronkov G.Ya. Chemical current sources: 210 years. M.: Pokoleniye. 2010. 352 p. (in Russian).
Menkin S. Golodnitsky D. Peled E. Artificial solid-electrolyte interphase (SEI) for improved cycleability and safety of lithiumion cells for EV applications. Electrochem. Commun. 2009. V. 11. N 9. P. 1789–1791. DOI: 10.1016/j.elecom.2009.07.019.
Luo Fei, Chu Geng, Xia Xiaoxiang, Liu Bonan, Zheng Jieyun, Li Junjie, Li Hong, Gua Changzhi, Chen Liquan. Thick Solid Electrolyte Interphase Grown on Silicon Nan-cones Anodes during Slow Cycling and Their Negative Ef-fects on Performance for Li-ion Batteries. Nanoscale. 2015. V. 7. N 17. P. 7651–7658.
Zhang Yi Di, Li Yi, Xia Xin Hui, Wang Xiu Li, Gu Chang Dong, Tu Jiang Ping. Highenergy cathode materi-als for Li-ion batteries: A review of recent developments. Sci. China Technol. Sci. 2015. V. 58. N 11. P. 1809–1828. DOI: 10.1007/s11431-015-5933-x.
Loeffler B.N. Bresser D. Passerini S. Copley M. Secondary Lithium-Ion Battery Anodes: From First Commercial Batteries to Recent Research Activities. Johnson Matthey Technol. Rev. 2015. V. 59. N 1. P. 34-44. DOI: 10.1595/205651314X685824.
Xu Wu, Wang Jiulin, Ding Fei, Chen Xilin, Nasybulin E, Zhangad Yaohui, Zhang Ji Guang. Lithium metal anodes for rechargeable batteries. Energy Environ. Sci. 2014. V. 7. N 2. P. 513-537. DOI: 10.1039/C3EE40795K.
Choi S., Jung G., Kim J.E., Kim T., Suh K.S. Lithium Intercalated Graphite with Preformed Passivation Layer as Superior Anode for Lithium Ion Batteries. Appl. Surf. Sci. 2018. V. 455. P. 637-372. DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.05.229.
Wu Y., Li Y.-F., Wang L.-Y., Bai Y.-J., Zhao Z.-Y., Yin L.-W., Li H. Enhancing the Liion storage performance of graphite anode material modified by LiAlO2. Electrochim. Acta. 2017. V. 235. P. 463–470. DOI: 10.1149/2.0351713jes.
Chang Chia-Chin, Chen Li-Chia, Hung Tai-Ying, Su Yuh-Fan, Su Huang-Kai, Lin Jarrn-Horng, Hu Chih-Wei. Saravanan Lakshmanan. Chen Tsan-Yao. Nano-sized Tin OxideModified Graphite Composite as Efficient An-ode Material for Lithium Ion Batteries. Int. J. Electrochem. Sci. 2018. V. 13. P. 11762–11776. DOI: 10.20964/2018.12.28.
Wang Y., Zheng H., Qu Q., Zhang L., Battaglia V.S., Zheng H. Enhancing electrochemical properties of graph-ite anode by using poly(methylmethacrylate)–poly(vinylidene fluoride) composite binder. Carbon. 2015. V. 92. P. 318–326. DOI: 10.1016/j.carbon.2015.04.084.
Sun X., Radovanovic P.V., Cui B. Advances in spinel Li4Ti5O12 anode materials for lithium-ion batteries. New J. Chem. 2015. V. 39. N 1. P. 38–63. DOI: 10.1039/C4NJ01390E.
Jiang J., Chen J., Dahn J.R. Comparison of the Reactions Between Li7/3Ti5/3O4 or LiC6 and Nonaqueous Sol-vents or Electrolytes Using Accelerating Rate Calorimetry. J. Electrochem. Soc. 2004. V. 151. N 12. P. A2082-A2087. DOI: 10.1149/1.1817698.
Ohzuku T., Ueda A., Yamamota N. Zero-Strain Insertion Material of Li[Li1∕3Ti5∕3]O4 for Rechargeable Lithium Cells. J. Electrochem. Soc. 1995. V. 142. N 5. P. 1431-1435. DOI: 10.1149/1.2048592.
Vikram Babu B., Vijaya Babu K., Tewodros Aregai G., Seeta Devi L., Madhavi Latha B., Sushma Reddi M., Samatha K., Veeraiah V. Structural and electrical proper-ties of Li4Ti5O12 anode material for lithium-ion batteries. Results Phys. 2018. V. 9. P. 284–289. DOI: 10.1016/j.rinp.2018.02.050.
Wolfenstine J., Lee U., Allen J.L. Electrical conductivity and rate-capability of Li4Ti5O12 as a function of heat-treatment atmosphere. J. Power Sources. 2006. V. 154. N 1. P. 287–289. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2005.12.044.
Reddy M.V., Subba Rao G.V., Chowdari B.V.R. Metal Oxides and Oxysalts as Anode Materials for Li Ion Batter-ies. Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 5364–5457. DOI: 10.1021/cr3001884.
Jiang Yu, Jiang Zhong-Jie, Yang Lufeng, Cheng Shuang, Liu Meilin. A High-Performance Anode for Lith-ium Ion Batteries: Fe3O4 Microspheres Encapsulated in Hollow Graphene Shells. J. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. N 22. P. 5364–5457. DOI: 10.1039/C5TA01848J.
Pelegov D.V., Koshkina A.A., Pryakhina V.I., Gorshkov V.S. Efficiency Threshold of Carbon Layer Growth in Li4Ti5O12/C Composites. J. Electrochem. Soc. 2018. V. 166. N 3. P. A5019–A5024. DOI: 10.1149/2.0031903jes.
Yudina T.F., Blinichev V.N., Bratkov I.V., Gushchina T.V., Melnikov A.G. Study of the process of spheroidiza-tion of natural graphites. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 9-10. P. 48-52 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20186109-10.5883.
Bratkov I.V., Ivanov A.D., Kolchin A.D., Savitsky I.A., Smirnov N.N. Study of the influence of mechanochemical activation in an impact-reflective mill on the crystal structure of natural graphite. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 4. P. 68-74 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236604.6795.
