Влияние плотности тока на удельные характеристики отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов на основе термообработанного нефтяного кокса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приводятся результаты сопоставительных исследований влияния плотности тока на величины среднего разрядного напряжения и удельной разрядной емкости углеродных электродов на основе термически обработанного нефтяного кокса и графита. Установлено, что углерод, полученный термообработкой нефтяного кокса, обладает лучшими кинетическими характеристиками, чем графит. Увеличение плотности тока с 0.2 мА/см2 (36 мА/г) до 2 мА/см2 (364 мА/г) приводит к уменьшению разрядной емкости термообработанного нефтяного кокса на 26%, а графита – на 93%. При восстановлении плотности тока до 0.2 мА/см2 разрядная емкость углеродных электродов восстанавливается до начального значения. Исследования показали, что увеличение плотности тока также приводит к увеличению среднего разрядного напряжения литий-углеродных ячеек. Так при увеличении плотности тока с 0.2 до 2 мА/см2 среднее разрядное напряжение литий-углеродных ячеек с активным компонентом углеродного электрода ТНК увеличивается с 0.39 до 0.62 В, а для графита – с 0.14 до 0.35 В.

Об авторах

Е. В. Кузьмина

Уфимский Институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: kuzmina@anrb.ru
Россия, 450054, Уфа

Н. В. Чудова

Уфимский Институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: kuzmina@anrb.ru
Россия, 450054, Уфа

В. С. Колосницын

Уфимский Институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kuzmina@anrb.ru
Россия, 450054, Уфа

Список литературы

  1. Reddy, M.V., Mauger, A., Julien, C.M., Paolella, A., and Zaghib, K., Brief History of Early Lithium-Battery Development, Materials, 2020, vol. 13, p. 1884. https://doi.org/10.3390/ma13081884
  2. Broussely, M., Biensan, P., and Simon, B., Lithium insertion into host materials: the key to success for Li ion batteries, Electrochim. Acta, 1999, vol. 45, p. 3. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(99)00189-9
  3. Liu, Y., Li, W., and Zhou, X., An investigation of Li2TiO3–coke composite anode material for Li-ion batteries, RSC Advances, 2019, vol. 9, p. 11710. https://doi.org/10.1039/C9RA02611H
  4. Maurin, G., Bousquet, C., Henn, F., Bernier, P., Almairac, R., and Simon, B., Electrochemical lithium intercalation into multiwall carbon nanotubes: a micro-Raman study, Solid State Ionics, 2000, vol. 136–137, p. 1295. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(00)00599-3
  5. Химические источники тока: Справочник / Под ред. Коровина, Н.В., Скундина, А.М. М.: Изд. МЭИ, 2003. 739 с. [Chemical power sources: Handbook (in Russian)/ under review N.V. Korovina, and A.M. Skundina. Moscow: MEI, 2003, 739 p.]
  6. Wang, G., Yu, M., and Feng, X., Carbon materials for ion-intercalation involved rechargeable battery technologies, Chem. Soc. Rev., 2021, vol. 50, 2388. https://doi.org/10.1039/d0cs00187b
  7. Zhao, B., Ran, R., Liu, M., and Shao, Z., A comprehensive review of Li4Ti5O12-based electrodes for lithium-ion batteries: The latest advancements and future perspectives, Mater. Sci. and Engineering: R.: Reports, 2015, vol. 98, p. 1. https://doi.org/10.1016/j.mser.2015.10.001
  8. Moshtev, R.V., Zlatilova, P., Puresheva, B., and Manev, V., Material balance of petroleum coke/LiNiO2 lithium-ion cells, J. Power Sources, 1995, vol. 56, p. 137. https://doi.org/10.1016/j.mser.2015.10.001
  9. Чуриков, А.В., Гридина, Н.А., Чурикова, Н.В., Солопова, Т.А., Форостяный, С.А., Левин, Ф.Ю. Разработка углеродного материала для отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора. Электрохим. энергетика. 2001. Т. 1. С. 9. [Churikov, A.V., Gridina, N.A., Churikova, N.V., Solopova, T.A., Forostyanyj, S.A., and Levin, F.Yu., Development of carbon material for negative electrode of lithium-ion battery (in Russian), Elektrohimich. energetika, 2001, vol. 1, p. 9.]
  10. Alca’ntara, R., Lavela, P., Ortiz, G.F., Tirado, J.L., Stoyanova, R., Zhecheva, E., and Jime’nez-Mateos, J.M., Modification of Petroleum Coke for Lithium-Ion Batteries by Heat-Treatment with Iron Oxide, J. Electrochem. Soc., 2004, vol. 151, p. A2113. https://doi.org/10.1149/1.1814031
  11. Concheso, A., Santamaría, R., Menéndez, R., Jiménez-Mateos, J.M., Alca’ntara, R., Ortiz,m G.F., Lavla, P., and Tirado, J.L., Effect of oxidation on the performance of low-temperature petroleum cokes as anodes in lithium ion batteries, J. Appl. Electrochem., 2009, vol. 39, p. 899. https://doi.org/10.1007/s10800-008-9735-8
  12. Чудова, Н.В., Шакирова, Н.В., Кузьмина, Е.В., Колосницын, В.С. Влияние диапазона потенциалов заряда и разряда на электрохимическую емкость нефтяного кокса и графита. Башкир. хим. журн. 2021. Т. 28. С. 85. [Chudova, N.V., Shakirova, N.V., Kuzmina, E.V., and Kolosnitsyn, V.S., Influence of the range of charge and discharge potentials on the electrochemical capacity of petroleum coke and graphite, Bashkirskij himicheskij zhurnal (in Russian), 2021, vol. 28, p. 85.] https://doi.org/10.17122/bcj?2021-4-85-89
  13. Li, W., Li, Z., Zhang, C., Liu, W., Han, C., Yan, B., An, S., and Qiu, X., Hard carbon derived from rice husk as anode material for high performance potassium-ion batteries, Solid State Ionics, 2020, vol. 351, 115319. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2020.115319
  14. Кузьмина, Е.В., Дмитриева, Л.Р., Карасева, Е.В., Колосницын, В.С. О возможности применения метода сорбции красителей для определения удельной поверхности углеродных материалов для литий-серных аккумуляторов. Изв. Уфим. науч. центра РАН. 2020. С. 29. [Kuzmina, E.V., Dmitrieva, L.R., Karaseva, E.V., and Kolosnitsyn, V.S., On the possibility of application of the method of sorption of dyes for determining the specific surface area of carbon materials for lithium-sulfur batteries, Izvestiya Ufimskogo nauchnogo centra RAN (in Russian), 2020, p. 29.] https://doi.org/10.31040/2222-8349-2020-0-2-29-34
  15. Lewandowski, A., Biegun, M., Galinski, M., and Swiderska-Mocek, A., Kinetic analysis of Li|Li+ interphase in an ionic liquid electrolyte, J. Appl. Electrochem., 2012, vol. 43, p. 367. https://doi.org/10.1007/s10800-012-0515-0
  16. Rui, X.H., Ding, N., Liu, J., Li, C., and Chen, C.H., Analysis of the chemical diffusion coefficient of lithium ions in Li3V2(PO4)3 cathode material, Electrochim. Acta, 2010, vol. 55, p. 2384. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2009.11.096
  17. Kaspar, J., Graczyk-Zajac, M., and Riedel, R., Determination of the chemical diffusion coefficient of Li-ions in carbon-rich silicon oxycarbide anodes by electro-analytical methods, Electrochim. Acta, 2014, vol. 115, p. 665. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.10.184
  18. Vedalakshmi, R., Saraswathy, V., Song, H.-W., and Palaniswamy, N., Determination of diffusion coefficient of chloride in concrete using Warburg diffusion coefficient, Corr. Sci., 2009, vol. 51, p. 1299. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2009.03.017
  19. Иванищев, А.В., Иванищева, И.А. Ионный транспорт в литиевых электрохимических системах: проблемы и решения. Электрохимия. 2020. Т. 56. С. 1002. [Ivanishchev, A.V. and Ivanishcheva, I.A., Ion transport in lithium electrochemical systems: problems and solutions, Russ. J. Electrochem., 2020, vol. 56, p. 907. https://doi.org/10.1134/S1023193520100055]10.1134/S1023193520100055] https://doi.org/10.31857/S0424857020100059
  20. Fong, R., U. von Sacken and Dahn, J.R., Studies of lithium intercalation into carbons using nonaqueous electrochemical cells, J. Electrochem. Soc., 1997, vol. 144, p. 1195. https://doi.org/10.1149/1.2086855
  21. Weibing, X. and Dahn, J.R., Study of Irreversible capacities for Li insertion in hard and graphitic carbons, J. Electrochem. Soc., 1997, vol. 144, p. 1195. https://doi.org/10.1149/1.1837572
  22. Peled, E., Golodnitsky, D., Ulus, A., and Yufit, V., Effect of carbon substrate on SEI composition and morphology, Electrochim. Acta, vol. 50, p. 391. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2004.01.130

Дополнительные файлы


© Е.В. Кузьмина, Н.В. Чудова, В.С. Колосницын, 2023