Insercja litu w materiały kompozytowe krzem/grafit otrzymane w wyniku mielenia wysokoenergetycznego

• Autorzy: Lota G. , Walkowiak M. , Lota K

Warianty tytułu

EN

Synthesis and characterization of graphite/silicon composites for energy storage in lithium batteries

• Konferencja: XIX Konferencja Przemysł Chemiczny : wyzwania i bariery z cyklu restrukturyzacja
• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Kompozyty grafit/krzem mogą być stosowane jako elektrody ujemne w akumulatorach litowo-jonowych. Kompozyty zawierające dodatek krzemu w ilości od 5 do 50% zostały przygotowane w procesie mielenia wysokoenergetycznego i przebadane w celu określenia ich właściwości fizykochemicznych. Wykazano degradacyjny wpływ mielenia na strukturę obu komponentów kompozytu, co powodowało wzrost nieodwracalnej pojemności materiałów kompozytowych. Materiał kompozytowy zawierający 20% krzemu charakteryzował się najwyższymi pojemnościami, ok. 300 mAh•g^-1 w 50. cyklu wyładowania. Wzrost pojemności takiej elektrody uzyskano dzięki ograniczeniu potencjału końca ładowania (EOCP) do 15 mV vs Li/Li⁺.

EN

Graphite/silicon composites have been prepared by a high energy ball milling. Si content varied from 5 to 50% in relation to the whole material. All composites have been characterized physicochemically by X-ray diffraction and SEM observations. Impact of ball-milling on the formation of C/Si composites and structural degradation of their components has been studied and discussed. It has been demonstrated that ball-milling process generates a high degree of structural disorder in single components as well as in composites which is evidenced by a high irreversible capacities observed in electrochemical experiments. Composite anode material with 20% content of silicon seems to be optimal from all the tested samples, delivering the reversible capacity of 293 mAh/g in 50th charge/ discharge cycle. Improved cyclic performance has been observed when electrochemical lithium insertion cut-off voltage was set as 15 mV vs. Li/Li⁺.

Słowa kluczowe

PL

ogniwo litowo-jonowe; kompozyty grafit/ krzem; mielenie wysokoenergetyczne

EN

Li-ion batteries; silicon/graphite composites; Ball milling

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, ZW CHEMPRESS-SITPChem
• Czasopismo: Chemik
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 67, nr 11
• Strony: 1130--1137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Lota G.

• Instytut Chemii i Elektrochemii Technicznej, Politechnika Poznańska
• Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu, Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw, Poznań

autor

Walkowiak M.

• Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu, Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw, Poznań

autor

Lota K

• Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu, Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw, Poznań

Bibliografia

• 1. Wang C.S., Wu G.T., Zhang X.B., Qi Z.F., Li W.Z.: Lithium insertion in carbo-n-silicon composite materials produced by mechanical milling. J. Electrochem. Soc. 1998, 145,2751-2758.
• 2. Wang G.X., Yao J., Liu H.K.: Characterization of nanocrystalline Si-MCMB composite anode materials. Electrochem. Solid State Lett. 2004, 7, A250-A253.
• 3. Zhang Y., Zhang X.G., Zhang H.L., Zhao Z.G., Li E, Liu C., Cheng H.M.: Composite anode material of silicon/graphite/carbon nanotubes for Li-ion batteries. Electrochim. Acta 2006, 51, 4994-5000.
• 4. Kim B.C., Uono H., Sato T., Fuse T., Ishihara T., Senna M.: Li-ion battery anode properties of Si-carbon nanocomposites fabricated by high energy multiring-type mill. Solid State Ionics 2004, 172, 33-37.
• 5. Li Y.B., Wei B.Q., Liang J., Yu Q., Wu D.H.: Transformation of carbon nanotubes to nanoparticles by ball milling process. Carbon 1999, 37, 493-497.
• 6. Holzapfel M., Buqa H., Scheifele W., Novak R, Petrat F.M.: A new type of nano-sized silicon/carbon composite electrode for reversible lithium insertion Chem. Commun. 2005, 12, 1566-1568.
• 7. Gou Z.R, Zhao Z.W., Liu H.K., Dou S.X.: Lithium insertion in Si-TiC nanocomposite materials produced by high-energy mechanical milling. J. Power Sourc. 2005, 146, 190-194.
• 8. Holzapfel M., Buqa H., Hardwick L.J., Hahn M., Wursig A., Scheifele W., Novak R, Kotz R., Veit C., Petrat F.M.: Nano silicon for lithium-ion batteries Electrochim. Acta 2006, 52, 973-978.
• 9. Uono H., Kim B.C., Fuse T., Ue M., Yamaki J.I.: Optimized structure of silicon/carbon/graphite composites as an anode material for Li-ion batteries. J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A1708-AI713.
• 10. Wang L., Ding C.X., Zhang L.C., Xu H.W., Zhang D.W., Cheng T., Chen C.H.: A novel carbon-silicon composite nanofiber prepared via electrospinning as anode material for high energy-density lithium ion batteries. J. Power So-urc.2011, 195, 5052-5056.