Opracowanie procedury otrzymywania kompozytów LiFePO4-C o wysokiej aktywności elektrochemicznej w ogniwach typu Li-ion

• Autorzy: Baster D. , Zając W. , Molenda J.

Warianty tytułu

EN

Procedure of preparation of LiFePO4-C composites of high electrochemical activity for Li-ion batteries

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono opis syntezy nanometrycznego LiFePO4 oraz przygotowania na jego bazie kompozytu z dodatkiem węgla do zastosowania jako materiał katodowy w ogniwach Li-ion. Badano trzy metody wprowadzania dodatku węglowego: rozcieranie w moździerzu, mielenie w młynie oraz pirolizę żywicy nowolakowej. Na bazie otrzymanych kompozytów przygotowano ogniwa elektrochemiczne typu Li|Li+|LixFePO4. Dla tak skonstruowanych ogniw wyznaczono charakterystyki woltamperometryczne, pojemność właściwą materiału katodowego, odwracalność pracy ogniwa oraz stabilność podczas cyklicznego ładowania i rozładowania. W przypadku zastosowania materiału uzyskanego przez rozcieranie w moździerzu uzyskano ogniwa o napięciu ładowania i rozładowania odpowiednio 3,46 V i 3,50 V, pojemności rozładowania 166 mAh•g-1, odwracalności około 98% i stabilnej pracy w ciągu pierwszych dziesięciu cykli ładowania-rozładowania.

EN

This work presents procedures of the nano-sized LiFePO4 synthesis and preparation of LiFePO4-based composite cathode material with carbon addition for Li-ion batteries. Three methods of preparing the LiFePO4-C composite materials were investigated: grinding in an agate mortar, mechanical milling and pyrolysis of novolac resin. The obtained powders were applied as cathode materials in Li|Li+|LixFePO4-type cells. Cyclic voltammetry, specific capacity of the cathode material, reversibility and stability during charge-discharge cycles measurements were carried out to characterize electrochemical properties of the cells. The LiFePO4-C cathode material prepared by grinding in the mortar showed stable voltage of 3.46–3.50 V during charge and discharge cycling. The discharge capacity was about 166 mAh•g-1 with reversibility around 98% and high stability of capacity within the first ten cycles.

Słowa kluczowe

PL

LiFePO4; powłoki węglowe; materiał katodowy; ogniwa Li-ion

EN

LiFePO4; carbon coatings; cathode material; Li-ion batteries

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 65, nr 1
• Strony: 76--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Baster D.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Zając W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Molenda J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

Bibliografia

• [1] Molenda, J.: Material problems and prospects of Li-ion batteries for vehicles applications, Funct., Mat. Lett., 4, (2011), 107.
• [2] Yuan, L., Wang, Z., Zhang, W., Hu, X., Chen, J., Huang, Y., Goodenough, J.B.: Development and challenges of LiFePO4 cathode material for lithium-ion Batteries, Energy and Environ. Sci., 4, (2011), 269.
• [3] MacNeil, D.D., Lu, Z., Chen, Z., Dahn, J.R.: A comparison of the electrode/electrolyte reaction at elevated temperatures for various Li-ion battery cathodes, J. Power Sources, 108, (2002), 8
• [4] Takahashi, M., Tobishima, S.I., Takei, K., Sakurai, Y.: Reaction behavior of LiFePO4 as a cathode material for rechargeable lithium batteries, Solid State Ionics, 148, (2002), 283.
• [5] Delacourt, C., Rodriguez-Carjaval, J., Schmitt, B., Tarascon, J.M., Masquelier, C.: The existence of a temperature-driven solid solution in LixFePO4 for 0 ≤ x ≤ 1, Solid State Sci., 7, (2005), 1506.
• [6] Tarascon, J.-M., Armand, M.: Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries, Nature, 414, (2001), 359.
• [7] Molenda, J.: Lithium-ion batteries – state of art. Novel phospho-olivine cathode materials, Mater. Sci.-Poland, 24, (2006), 61.
• [8] Ait Salah, A., Maugerb, A., Julien, C.M., Gendron, F.: Nano-sized impurity phases in relation to the mode of preparation of LiFePO4, Mater. Sci. Eng. B, 129, (2006), 232.
• [9] Julien, C.M., Mauge, A., Ait-Salah, A., Massot, M., Gendron, F., Zaghib K.: Nanoscopic scale studies of LiFePO4 as cathode material in lithium-ion batteries for HEV application, Ionics, 13, (2007), 395.
• [10] Ravet, N., Chouinard, Y., Magnan, J.F., Besner, S., Gauthier, M., Armand, M.: Electroactivity of natural and synthetic tryphilite, J. Power Sources, 97–98, (2001), 503.
• [11] Julien, C.M., Zaghib, K., Mauger, A., Massot, M., Ait-Salah, A., Selmane, M., Gendron, F.: Characterization of the carbon coating onto LiFePO4 particles used in lithium batteries, J. Appl. Phys., 100, (2006), 63511.
• [12] Fisher, C.A.J., Islam, M.S.: Surface structures and crystal morphologies of LiFePO4: relevance to electrochemical behaviour, J. Mater. Chem., 18, (2008), 1209.
• [13] Goodenough, J.B.: Cathode materials: A personal perspective, J. Power Sources, 174, (2007), 996.
• [14] Bruce, P.G., Scrosati, B., Tarascon, J.M.: Nanomaterials for rechargeable lithium batteries, Angew. Chem., Int. Ed., 47, (2008), 2930.
• [15] Wang, Y., Cao, G.: Developments in nanostructured cathode materials for high-performance Lithium-ion batteries, Adv. Mater., 20, (2008), 2251.
• [16] Delacourt, C., Poizot, P., Levasseur, S., Masquelier, C.: Size effects on carbon-free LiFePO4 powders: The key to superior energy density, Electrochem. Solid-State Lett., 9, (2006), A352.
• [17] Zając, W., Rusinek, D., Molenda, J.: Synteza i właściwości LiFePO4 – materiału katodowego dla ogniw typu Li-ion otrzymanego metodą niskotemperaturową, Mater. Ceram./Ceramic Mater., 63, (2011), 261.
• [18] Larson, A.C., Von Dreele, R.B.: GSAS General Structure Analysis System, Los Alamos National Laboratory Report LAUR 86-748 (2004).
• [19] Toby, B.H.: EXPGUI, a graphical user interface for GSAS, J. Appl. Cryst., 34, (2001), 210.
• [20] Zając, W., Marzec, J., Maziarz, W., Rakowska, A., Molenda, J.: Evolution of Microstructure and Phase Composition upon Annealing of LiFePO4 Prepared by a Low Temperature Method, Funct. Mater. Lett., 4, (2011), 117.