Nya syntetiska metoder riktade mot nanostrukturerade material

Fig. 4. Vattenfasdiagram. Frystorkningsprocessen är markerad med pilar.

Fig. 5. LiFePO4/C nanokompositer framställda genom frystorkning. [Palomares et al.(2007)]

Även om kolhaltig beläggning för dessa frystorkade material är mycket homogen, har det visats att den endast kan ersätta en liten del av de ledande koltillsatserna som används för att framställa positiva elektroder baserade på LiFePO4-förening [Palomares, V. et al. (2009b)]. Djup karakterisering av in situ producerat kol visade att det, trots sin höga specifika yta, uppvisar hög oordning, vilket inte är gynnsamt för en god elektrokemisk prestanda, och inte har tillräckligt med konduktivitet för att fungera som ledande tillsats i dessa katoder.

Svullna miceller och mikroemulsioner utgör en annan syntesmetod som leder till diskreta nanopartiklar med kontrollerad kemisk sammansättning och storleksfördelning [Li, M. et al. (1999)]. I denna syntesmetod utförs kemiska reaktioner i ett vattenhaltigt medium inom en begränsad volym, begränsad av mängden ytaktiva ämnen och samytaktiva molekyler.

Mångsidigheten hos denna teknik gör att den kan användas vid framställning av olika elektrodmaterial för litiumjonbatterier. De erhållna fasta produkterna uppvisar en kontrollerad storlek och form och förblir väl dispergerade på grund av deras isolering från andra partiklar av de ytaktiva molekylerna under syntesen [Aragón, MJ et al. (2010)]. Det finns tre olika processer för att erhålla nanopartiklar med de omvända micellermetoderna. Den första består av att blanda olika emulsioner som innehåller de nödvändiga reagenserna i vattenlösning, så att koalescens av par av droppar resulterar i bildandet av fasta ämnen i en begränsad volym.

Den andra involverar att reagera genom diffusion av ett av reagensen genom oljefasen och det ytaktiva molekylskiktet. Den sista kräver termolys i enskilda droppar för att få målföreningen av en kontrollerad storlek. LiCoO2 katodmaterial har framställts genom den senaste processen, vilket ger 140 mAh·g-1. Termisk sönderdelning av micellerna uppnåddes genom att sätta emulsionen i kontakt med ett varmt organiskt lösningsmedel, såsom fotogen vid 180ºC. LiMn2O4 erhölls också med samma metod, vilket ledde till partiklar med en diameter på 200 nm med god elektrokemisk prestanda.

Stavliknande LiFePO4/C-kompositkatoder har också syntetiserats med omvänd micellmetod, med användning av fotogen med Tween#80-ytaktivt medel som oljefas, och glödgning av den erhållna prekursorn vid 650ºC i N2-atmosfär [Hwang, BJ. et al. (2009)]. Morfologin för denna komposit bestod av stavliknande porösa aggregat gjorda av små primära nanopartiklar. Detta speciella arrangemang av primärpartiklar gav bättre anpassning av volymförändringar under cykling, bättre elektrisk förbindelse med strömavtagaren och effektiv elektrontransport. Galvanostatisk cykling av denna komposit visade mycket goda resultat för denna stavliknande komposit, med en specifik kapacitet på 150 och 95 mAh·g-1 vid C/30 respektive 5C.