классические методы синтеза, используемые для приготовления электродных материалов для литий-ионных аккумуляторов
Классические методы синтеза можно разделить на твердотельные реакции и методы растворов в зависимости от используемых прекурсоров (рис. 2).
Рис. 2. Схема классических методов синтеза электродных материалов для литий-ионных аккумуляторов.
Измельченные вручную предшественники также могут быть активированы микроволновым излучением [Сонг, М.С. и другие. (2007)]. Если хотя бы один из реагентов чувствителен к микроволновому излучению, смесь может нагреваться до достаточно высоких температур, чтобы обеспечить реакцию и получить целевое соединение за очень короткое время нагрева, от 2 до 20 минут. Этот фактор делает данный метод синтеза экономичным способом получения желаемых фаз. Иногда, когда требуется углеродсодержащий композит, можно использовать активный уголь для поглощения микроволнового излучения и нагрева образца [Park, KS et al. (2003)]. Органические добавки, такие как сахароза [Li, W. et al. (2007)], глюкоза [Beninati, S. et al. (2008)] или лимонную кислоту [Wang, L. et al. (2007)] можно использовать в исходной смеси для получения образования углерода in situ. В литературе обычно не указывается образование примесей оксидного типа, но иногда реакционная атмосфера настолько восстанавливающая, что в качестве вторичных фаз образуются карбид железа (Fe7C3) или фосфид железа (Fe2P) [Song, MS. и др. (2008)]. Размер частиц фосфатов, полученных этим методом синтеза, колеблется от 1 до 2 мкм, но в отношении этого параметра сообщалось о двух эффектах. Рост частиц коррелировал с увеличением времени микроволнового воздействия. Однако в присутствии большего количества предшественника углерода частицы уменьшаются в размере, приводя к частицам размером 10-20 нм. Методы синтеза, включающие растворение всех реагентов, способствуют большей однородности конечных образцов. Как соосаждение, так и гидротермальные процессы заключаются в осаждении и кристаллизации целевого соединения при нормальных (соосаждение) или высоких (гидротермальные) условиях температуры и давления. Обычно соосаждение включает последующий процесс нагрева, который усиливает рост частиц [Park, KS et al. (2004); Ян, г-н. и другие. (2005)]. Тем не менее, недавние достижения в методе прямого осаждения позволили получить материалы с узким размером частиц, около 140 нм, с улучшенными электрохимическими свойствами с точки зрения удельной емкости (147 мАч г-1 при скорости 5C), а также с точки зрения цикличности (нет значительной емкости). выцветают после более чем 400 циклов) без углеродного покрытия [Delacourt, C. et al. (2006)]. С другой стороны, гидротермальный синтез является эффективным методом получения хорошо кристаллизованных материалов с четко выраженной морфологией, при котором не требуется дополнительная высокотемпературная обработка, но невозможно получить частицы малого размера. Кристаллы трифилита размером около 1x3 мкм были получены этим методом без углеродистого покрытия [Yang, S. et al. (2001); Таджими С. и др. (2004); Докко, К. и др. (2007); Канамура К. и Коидзуми С. (2008)]. Проводящее углеродное покрытие может быть получено с использованием разнообразных добавок, которые также действуют как восстановители, таких как сахароза, аскорбиновая кислота [Jin, B. and Gu, HB. (2008)] или углеродные нанотрубки [Chen, J. and Whittingham, MS (2006)].
Показано, что при приготовлении образцов LiFePO4 гидротермальным методом с использованием температур нагрева ниже 190°С образуются фазы оливина с некоторой инверсией между позициями Fe и Li, с 7% атомов железа в позициях лития, а также с наличием небольших количеств Fe. (III) в материале. Диффузия ионов лития в LiFePO4 одномерна, поскольку туннели, в которых расположены ионы Li, проходят вдоль оси b, не связаны между собой, поэтому ионы лития, находящиеся в каналах, не могут легко перепрыгнуть из одного туннеля в другой, если присутствуют ионы Fe(III). . Таким образом, любая закупорка туннеля заблокирует движение ионов лития. Таким образом, присутствие атомов железа на узлах лития предотвращает диффузию ионов Li по каналам структуры и ставит под угрозу электрохимические характеристики. По этой причине материалы, синтезированные в гидротермальных условиях при 120°С, не достигали 100 мАч·г-1. [Янг, С. и др. (2001)]. Использование более высоких температур, добавление ласкорбиновой кислоты, углеродных нанотрубок или последующий процесс отжига (500-700°C) в атмосфере азота могут привести к получению упорядоченных фаз LiFePO4, способных обеспечивать устойчивую емкость 145 мАч·г-1 [Уиттингем, М.С. и другие. (2005); Чен Дж. и др. (2007)].
Исследование Назара и др. на различных переменных, влияющих на гидротермальные процессы, приходит к выводу, что, во-первых, размер кристаллов можно контролировать с помощью температуры реакции и концентрации прекурсоров внутри реактора, поскольку более высокая концентрация прекурсоров создает большее количество центров зародышеобразования, что приводит к меньшим размерам частиц. Во-вторых, снижение температуры синтеза также влечет за собой меньший размер частиц, но более короткое время реакции не оказывает заметного влияния на морфологию продукта, как только минимальное время реакции превышается [Ellis, B. et al. (2007а)]. Среди методов растворения золь-гель-процесс является классическим методом, используемым для получения различных типов неорганических материалов [Kim, DH и Kim, J. (2007); Пекини, П. Патент; Байтун, MSG и Сейл, Франция (1982)]. Помимо гомогенности, обеспечиваемой раствором исходных реагентов, этот метод позволяет ввести источник углерода, который может действовать как фактор контроля размера частиц, оставляет углерод, который может быть полезен для создания углеродных композитов, и, наконец, позволяет использовать более низкие температуры нагрева, чем в методах твердофазных реакций [Сюй, К.Ф. и другие. (2004); Чанг, ХТ. и другие. (2004); Чой, Д. и Кумта, П.Н. (2007)]. Таким образом, синтез одной фазы керамическим или золь-гель методом при одной и той же термической обработке позволяет получить меньший размер частиц для золь-гель образцов [Piana, M. et al. (2004)].
Офис : +86-0769-82260562
IPv6 поддерживается сетью
русский 
English
français
Deutsch
русский
italiano
español
日本語
Polski
svenska
