de klassiska syntesmetoderna som används för att förbereda elektrodmaterial för Li-ion-batterier
Klassiska syntesmetoder kan klassificeras i fasta reaktioner och lösningsmetoder, enligt de prekursorer som används (Figur 2).
Fig. 2. Schematisk beskrivning av de klassiska syntesmetoderna som används för att förbereda elektrodmaterial för Li-ion-batterier.
Handmalda prekursorer kan också aktiveras av mikrovågsstrålning [Song, MS. et al. (2007)]. Om åtminstone en av reaktanterna är mikrovågskänslig kan blandningen få tillräckligt höga temperaturer för att uppnå reaktionen och erhålla den avsedda föreningen på mycket korta uppvärmningstider, mellan 2 och 20 minuter. Denna faktor gör denna syntesmetod till ett ekonomiskt sätt att erhålla önskade faser. Ibland, när en kolhaltig komposit önskas, kan aktivt kol användas för att absorbera mikrovågsstrålning och för att värma provet [Park, KS et al. (2003)]. Organiska tillsatser såsom sackaros [Li, W. et al. (2007)], glukos [Beninati, S. et al. (2008)] eller citronsyra [Wang, L. et al. (2007)] kan användas i den initiala blandningen för att få in situ kolbildning. Generering av föroreningar av oxidtyp anges vanligtvis inte i litteraturen, men ibland är reaktionsatmosfären så reducerande att järnkarbid (Fe7C3) eller järnfosfid (Fe2P) genereras som sekundära faser [Song, MS. et al (2008)]. Partikelstorleken för fosfater som erhålls med denna syntesmetod sträcker sig mellan 1 och 2 m, men två effekter har rapporterats med avseende på denna parameter. Tillväxten av partiklar var korrelerad med ökningen av exponeringstider för mikrovågor. I närvaro av större mängder kolprekursor minskar emellertid partiklarna i storlek, vilket leder till 10-20 nm partiklar. Syntesmetoder som omfattar upplösningen av alla reaktanter främjar större homogenitet i slutproverna. Både samutfällning och hydrotermiska processer består av utfällning och kristallisering av målföreningen under normala (samutfällning) eller höga (hydrotermiska) temperatur- och tryckförhållanden. Vanligtvis involverar samutfällning en efterföljande uppvärmningsprocess, som förbättrar partikeltillväxt [Park, KS et al. (2004); Yang, MR. et al. (2005)]. Ändå har de senaste framstegen inom direktutfällningsmetoden producerat material med smal partikelstorlek, på cirka 140 nm, med förbättrade elektrokemiska egenskaper när det gäller specifik kapacitet (147 mAh g-1 vid 5C-hastighet) såväl som i termer av cyklerbarhet (ingen signifikant kapacitet bleknar efter mer än 400 cykler) utan kolbeläggning [Delacourt, C. et al. (2006)]. Å andra sidan är hydrotermisk syntes en effektiv metod för att erhålla välkristalliserade material med väldefinierade morfologier, där ingen ytterligare högtemperaturbehandling behövs, men inga små partiklar kan erhållas. Tryfilitkristaller på cirka 1x3 m har framställts med denna metod utan kolhaltig beläggning [Yang, S. et al. (2001); Tajimi, S. et al. (2004); Dokko, K. et al. (2007); Kanamura, K. och Koizumi, S. (2008)]. Konduktiv kolbeläggning kan framställas genom att använda olika tillsatser som också fungerar som reduktiva medel, såsom sackaros, askorbinsyra [Jin, B. och Gu, HB. (2008)] eller kolnanorör [Chen, J. och Whittingham, MS (2006)].
Beredning av LiFePO4-prover med hydrotermisk metod med användning av uppvärmningstemperaturer under 190ºC har visat sig skapa olivinfaser med viss inversion mellan Fe- och Li-ställen, med 7 % av järnatomerna i litiumställen, och även närvaron av små mängder Fe (III) i materialet. Litiumjondiffusion i LiFePO4 är endimensionell, eftersom tunnlarna där Li-jonerna är belägna löper längs b-axeln inte är anslutna, så litiumjoner som finns i kanalerna kan inte lätt hoppa från en tunnel till en annan om Fe(III)-joner är närvarande . Således kommer varje blockering i tunneln att blockera litiumjonernas rörelse. På så sätt förhindrar närvaron av järnatomer på litiumställena diffusion av Li-joner ner genom kanalerna i strukturen och äventyrar elektrokemisk prestanda. Av denna anledning nådde inte material syntetiserade under hydrotermiska förhållanden vid 120ºC 100 mAh·g-1 [Yang, S. et al. (2001)]. Användning av högre temperaturer, tillsats av laskorbinsyra, kolnanorör eller en efterföljande glödgningsprocess (500-700ºC) under kväveatmosfär kan producera beställda LiFePO4-faser som kan leverera hållbara kapaciteter på 145 mAh·g-1 [Whittingham, MS et al. (2005); Chen, J. et al. (2007)].
En studie av Nazar et al. på de olika variablerna som påverkar de hydrotermiska processerna drar slutsatsen att kristallstorleken i första hand kan styras av reaktionstemperaturen och prekursorkoncentrationen inuti reaktorn, eftersom högre prekursorkoncentration skapar en större mängd kärnbildningsställen, vilket leder till mindre partikelstorlekar. För det andra medför en minskning av syntestemperaturen också mindre partikelstorlek, men kortare reaktionstider har inte anmärkningsvärt inflytande på produktens morfologi, när den minsta reaktionstiden väl har överskridits [Ellis, B. et al. (2007a)]. Bland lösningsmetoderna är sol-gelprocessen en klassisk metod som används för att erhålla olika typer av oorganiska material [Kim, DH och Kim, J. (2007); Pechini, P. Patent; Baythoun, MSG och Sale, FR (1982)]. Förutom den homogenitet som främjas av utgångsreaktantlösningen tillåter denna metod införandet av en kolkälla som kan fungera som partikelstorlekskontrollfaktor, lämnar ett kol som kan vara användbart för att skapa kolkompositer, och slutligen tillåter användning av lägre uppvärmningstemperaturer än i fasta tillståndsreaktionsmetoder [Hsu, KF. et al. (2004); Chung, HT. et al. (2004); Choi, D. och Kumta, PN (2007)]. På detta sätt kan syntetisering av en fas med keramisk eller sol-gel-metod under samma termiska behandlingar få lägre partikelstorlek för sol-gel-prover [Piana, M. et al. (2004)].
Kontor : +86-0769-82260562
IPv6 nätverk som stöds
svenska 
English
français
Deutsch
русский
italiano
español
日本語
Polski
svenska
中文
