ISSN 1608-4039 (Print)
ISSN 1680-9505 (Online)

Для цитирования:

Леонова Н. М., Леонова А. М., Баширов О. А., Лебедев А. С., Трофимов А. А., Суздальцев А. В. Аноды на основе С/SiC для литий-ионных источников тока // Электрохимическая энергетика. 2023. Т. 23, вып. 1. С. 41-50. DOI: 1608-4039-2023-23-1-41-50, EDN: ZFLYPF

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 188)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Литиевые электрохимические системы
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
544.643
DOI: 
1608-4039-2023-23-1-41-50
EDN: 
ZFLYPF

Аноды на основе С/SiC для литий-ионных источников тока

Авторы: 
Леонова Наталия Максимовна, Уральский федеральный университет
Леонова Анастасия Максимовна, Уральский федеральный университет
Баширов Олег Андреевич, Уральский федеральный университет
Лебедев Алексей Сергеевич, Южно-уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН
Трофимов Алексей Алексеевич, Уральский федеральный университет
Суздальцев Андрей Викторович, Уральский федеральный университет
Аннотация: 

Композиции ультрадисперсных частиц Si и C являются перспективными анодными материалами литий-ионных источников тока с улучшенными энергетическими характеристиками. В работе изучены энергетические характеристики образцов полуэлементов литий-ионных источников тока с анодом из ультрадисперсных волокон SiC, а также смесей волокон SiC с графитом (C/SiC) и электролитически осажденными субмикронными волокнами кремния (C/Si/SiC). Показана работоспособность полученных смесей при литировании/делитировании. После 100 циклов анод из SiC достиг разрядной емкости 180 и 138 мА⋅ч/г при токе заряда С/20 и С, а аноды из смесей (мас.%) 29.5С-70.5SiC и 50Si-14.5С-35.5SiC достигли разрядных емкостей 328 и 400 мА⋅ч/г соответственно при токе заряда С/2. Кулоновская эффективность всех образцов составила выше 99%.

Ключевые слова: 
литий-ионные источники тока
карбид кремния
электроосажденный кремний
литирование
разрядная ёмкость
кулоновская эффективность
Благодарности: 
Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки РФ (соглашение № 075-03-2022-011 от 14.01.2022, FEUZ-2020-0037).
Список источников: 
  1. Ли С. А., Рыжикова Е. В., Скундин А. М. Проблемы оптимизации соотношения активных масс в электродах литийионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2020. Т. 20, № 2. С. 68–72. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2020-20-2-68-72
  2. Журавлев В. Д., Щеколдин С. И., Андрюшин С. Е., Шерстобитова Е. А., Нефедова К. В., Бушкова О. В. Электрохимические характеристики и фазовый состав литиймарганцевой шпинели с избытком лития Li1 + xMn2O4 // Электрохимическая энергетика. 2020. Т. 20, № 3. С. 157–170. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2020-20-3-157-170
  3. Корнев П. В., Кулова Т. Л., Кузьмина А. А., Скундин А. М., Кошель Е. С., Климова В. М. Титанат лития, допированный неодимом, как анодный материал для литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2022. Т. 22, № 3. С. 129–138. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2022-22-3-129-138
  4. Bini M., Ambrosetti M., Spada D. ZnFe2O4, a green and high-capacity anode material for lithium-ion batteries: A review // Applied Science. 2021. Vol. 11. Article number 11713. https://doi.org/10.3390/app112411713
  5. Чемезов О. В., Исаков А. В., Аписаров А. П., Брежестовский М. С., Бушкова О. В., Баталов Н. Н., Зайков Ю. П., Шашкин А. П. Электролитическое получение нановолокон кремния из расплава KCl–KF–K2SiF6–SiO2 для композиционных анодов литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2013. Т. 13, № 4. С. 201–204.
  6. Korchun A. V., Evshchik E. Yu., Baskakov S. A., Bushkova O. V., Dobrovolsky Y. A. Influence of a binder on the electrochemical behaviour of Si/RGO composite as negative electrode material for Li-ion batteries // Chimica Techno Acta. 2020. Vol. 7, № 4. P. 259–268. https://doi.org/10.15826/chimtech.2020.7.4.21
  7. Suzdaltsev A. Silicon electrodeposition for microelectronics and distributed energy: A mini-review // Electrochem. 2022. Vol. 3. P. 760–768. https://doi.org/10.3390/electrochem3040050
  8. Кулова Т. Л., Скундин А. М. Применение германия в литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторах (Обзор) // Электрохимия. 2021. Т. 57, № 12. С. 709–742. https://doi.org/10.31857/S0424857021110050
  9. Chockla A. M., Klavetter K. C., Mullins C. B., Korgel B. A. Solution-grown germanium nanowire anodes for lithium-ion batteries // ACS Applied Materials & Interfaces. 2012. Vol. 4. P. 4658–4664. https://doi.org/10.1021/am3010253
  10. Fan Z., Wang Y., Zheng S., Xu K., Wu J., Chen S., Liang J., Shi A., Wang Zh. A submicron Si@C core-shell intertwined with carbon nanowires and graphene nanosheet as a high-performance anode material for lithium ion battery // Energy Storage Materials. 2021. Vol. 39. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.04.005
  11. Опра Д. П., Гнеденков С. В., Синебрюхов С. Л., Соколов А. А., Подгорбунский А. Б., Курявый В. Г., Майоров В. Ю., Машталяр Д. В., Устинов А. Ю. Допированный ванадием диоксид титана со структурой бронз как анодный материал для литий-ионных аккумуляторов с улучшенными циклическими и мощностными характеристиками // Электрохимическая энергетика. 2020. Т. 20, № 1. С. 3–19. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2020-20-1-3-19
  12. Яковлева Е. В., Яковлев А. В., Краснов В. В., Целуйкин В. Н., Мостовой А. С., Курамина Н. Ю., Брудник С. В. Электрохимическое наноструктурирование графита для применения в химических источниках тока // Электрохимическая энергетика. 2020. Т. 20, № 1. С. 45–54. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2020-20-1-45-54
  13. Huang X. D., Zhang F., Gan X. F., Huang Q. A., Yang J. Z., Lai T., Tang W. M. Electrochemical characteristics of amorphous silicon carbide film as a lithium-ion battery anode // RSC Advance. 2018. Vol. 8. P. 5189–5169. https://doi.org/10.1039/C7RA12463E
  14. Sun X., Shao Ch., Zhang F., Li Y., Wu Q.-H., Yang Y. SiC nanofibers as long-life lithium-ion battery anode materials // Frontiers in Chemistry. 2018. Vol. 6. Article number 166. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00166
  15. Лебедев А. С., Суздальцев А. В., Фарленков А. С., Поротникова Н. М., Акашев Л. А., Вовкотруб Э. Г., Анфилогов В. Н. Карботермический синтез, свойства и структура SiC // Неорганические материалы. 2020. Т. 56, № 1. С. 22–29. https://doi.org/10.31857/S0002337X20010091
  16. Анфилогов В. Н., Лебедев А. С., Рыжков В. М., Блинов И. А. Карботермический синтез наноразмерного карбида кремния в автономной защитной атмосфере // Неорганические материалы. 2016. Т. 52, № 7. С. 712–717. https://doi.org/10.1134/S0020168516070025
  17. Гевел Т. А., Жук С. И., Устинова Ю. А., Суздальцев А. В., Зайков Ю. П. Электровыделение кремния из расплава KCl–K2SiF6 // Расплавы. 2021. № 2. С. 187–198. https://doi.org/10.31857/S0235010621020031
  18. Trofimov A. A., Leonova A. M., Leonova N. M., Gevel T. A. Electrodeposition of silicon from molten KCl–K2SiF6 for lithium-ion batteries // Journal of the Electrochemical Society. 2022. Vol. 169. Article number 020537. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac4d6b
  19. Choi J.-H., Choi S., Cho J. S., Kim H.-K., Jeong S. M. Efficient synthesis of high areal capacity Si@graphite@SiC composite anode material via one-step electro-deoxidation // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 896. Article number 163010. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163010
  20. Abdurakhimova R. K., Laptev M. V., Leonova N. M., Leonova A. M., Schmygalev A. S., Suzdaltsev A. V. Electroreduction of silicon from the NaI–KI–K2SiF6 melt for lithium-ion power sources // Chimica Techno Acta. 2022. Vol. 9, № 4. Article number 20229424. https://doi.org/10.15826/chimtech.2022.9.4.24
  21. Gevel T., Zhuk S., Leonova N., Leonova A., Trofimov A., Suzdaltsev A., Zaikov Y. Electrochemical synthesis of nano-sized silicon from KCl–K2SiF6 melts for powerful lithium-ion batteries // Applied Science. 2021. Vol. 11. Article number 10927. https://doi.org/10.3390/app112210927
  22. Jiang Y., Offer G., Jiang J., Marinescu M., Wang H. Voltage hysteresis model for silicon electrodes for lithium ion batteries, including multi-step phase transformations, crystallization and amorphization // Journal of the Electrochemical Society. 2020. Vol. 167. Article number 130533. https://doi.org/10.1149/1945-7111/abbbba
  23. Galashev A. Y., Vorob’ev A. S. First principle modeling of a silicene anode for lithium ion batteries // Electrochimical Acta. 2021. Vol. 378. Article number 138143. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.138143
Поступила в редакцию: 
20.01.2023
Принята к публикации: 
15.03.2023
Опубликована: 
31.03.2023