RU175681U1 - NEGATIVE LITHIUM-ION BATTERY ELECTRODE BASED ON SILICON-CARBON COMPOSITE FILM - Google Patents
NEGATIVE LITHIUM-ION BATTERY ELECTRODE BASED ON SILICON-CARBON COMPOSITE FILM Download PDFInfo
- Publication number
- RU175681U1 RU175681U1 RU2017128614U RU2017128614U RU175681U1 RU 175681 U1 RU175681 U1 RU 175681U1 RU 2017128614 U RU2017128614 U RU 2017128614U RU 2017128614 U RU2017128614 U RU 2017128614U RU 175681 U1 RU175681 U1 RU 175681U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- carbon
- lithium
- layers
- composite film
- Prior art date
Links
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 239000002153 silicon-carbon composite material Substances 0.000 title claims abstract description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 37
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical class [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 15
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910021423 nanocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 2
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Полезная модель (ПМ) относится к области высокоэффективных электродов для литий-ионных аккумуляторов. Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора на основе кремний-углеродной композиционной пленки, выполненный в виде титановой фольги с композиционной пленкой, состоящей из многослойной структуры, содержащей чередующиеся слои кремния и углерода и границы раздела кремний-углерод, которую получают одновременным или последовательным магнетронным распылением двух соответствующих мишеней. При этом толщина кремниевых и углеродных слоев варьируется от 10 до 150 нм, границы раздела кремний-углерод варьируется от 0,5 до 2,0 нм. Техническим результатом ПМ является увеличение удельной емкости отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора за счет наличия в нем кремниевых слоев при одновременном повышении эффективности работы электродов в процессах заряда-разряда благодаря углеродным слоям. При использовании упомянутого технического решения повышение циклируемости и стабильности достигается за счет многослойной структуры, содержащей чередующиеся слои кремния и углерода и границы раздела кремний-углерод.The utility model (PM) relates to the field of high performance electrodes for lithium-ion batteries. A negative electrode of a lithium-ion battery based on a silicon-carbon composite film made in the form of a titanium foil with a composite film consisting of a multilayer structure containing alternating layers of silicon and carbon and a silicon-carbon interface, which is obtained by simultaneous or sequential magnetron sputtering of two corresponding targets. The thickness of the silicon and carbon layers varies from 10 to 150 nm, the silicon-carbon interface varies from 0.5 to 2.0 nm. The technical result of PM is to increase the specific capacitance of the negative electrode of a lithium-ion battery due to the presence of silicon layers in it while increasing the efficiency of the electrodes in charge-discharge processes due to carbon layers. When using the aforementioned technical solution, the increase in cyclability and stability is achieved due to the multilayer structure containing alternating layers of silicon and carbon and the silicon-carbon interface.
Description
Полезная модель (ПМ) относится к области высокоэффективных электродов для литий-ионных аккумуляторов.The utility model (PM) relates to the field of high performance electrodes for lithium-ion batteries.
В настоящее время предлагается использовать кремний в качестве активного материала для реализации высокоэффективных электродов для литий-ионных аккумуляторов. Кремний имеет на порядок большую, чем углерод, удельную емкость. Однако основной проблемой, возникающей при использовании кремния, является значительное увеличение объема, вызванное интеркаляцией лития. Это приводит к тому, что в процессе зарядки/разрядки батареи объемные изменения активного материала электрода вызывают его деградацию и разрушение контакта с токоотводом. Так, под действием структурных изменений, вызванных внедрением лития, решетка кремния способна увеличиваться в объеме до 300%. Например, уже после первых десяти циклов емкость анодного материала уменьшается с 3260 до 200 мА×ч×г-1.It is currently proposed to use silicon as an active material for the implementation of high-performance electrodes for lithium-ion batteries. Silicon has an order of magnitude greater than carbon specific density. However, the main problem that arises when using silicon is a significant increase in volume caused by intercalation of lithium. This leads to the fact that during charging / discharging the battery, volumetric changes in the active material of the electrode cause its degradation and destruction of contact with the collector. So, under the influence of structural changes caused by the introduction of lithium, the silicon lattice is able to increase in volume up to 300%. For example, after the first ten cycles, the capacity of the anode material decreases from 3260 to 200 mA × h × g -1 .
Ожидалось, что в нанокристаллическом кремнии из-за уменьшения размера активных частиц кремния до наноуровня улучшится циклическое поведение электродов благодаря уменьшению внутренних механических напряжений за счет высокого отношения поверхности к объему частицы, и, соответственно, повышению адгезии наночастиц кремния к токоотводу. Однако эксперименты показали, что вышеуказанные свойства нанокристаллического кремния наблюдаются при толщине пленок до 50 нм. В то же время для получения максимальной емкости кремниевого электрода необходима толщина пленки порядка 2 мк.It was expected that in nanocrystalline silicon, due to a decrease in the size of active silicon particles to the nanolevel, the cyclic behavior of the electrodes will improve due to a decrease in internal mechanical stresses due to the high surface-to-volume ratio of the particle and, accordingly, an increase in the adhesion of silicon nanoparticles to the collector. However, experiments showed that the above properties of nanocrystalline silicon are observed at film thicknesses up to 50 nm. At the same time, to obtain the maximum capacity of the silicon electrode, a film thickness of the order of 2 microns is required.
Последние результаты исследований показали, что увеличение эффективности энергонакопительных свойств за счет снижения структурной деградации активного вещества можно реализовать сочетанием высокоемких к литию материалов (кремний) и наноструктурированных углеродных материалов, не обладающих такой, как у кремния, высокой емкостью, но обладающих высокой пластичностью.Recent research results have shown that an increase in the efficiency of energy storage properties due to a decrease in the structural degradation of the active substance can be realized by a combination of highly lithium-intensive materials (silicon) and nanostructured carbon materials, which do not have high capacity like silicon, but have high ductility.
В настоящее время проблема увеличения эффективности энергонакопительных устройств решается путем использования кремний-углеродных порошковых смесей, которые получают измельчением кремния в смеси с графитом в шаровой мельнице [В.-С.Kim, Н. Uono, Т. Sato, Т. Fuse, Т. Ishihara, М. Senna / Li-ion battery anode properties of Si-carbon nanocomposites fabricated by high energy multiring-type mill // Solid State Ionics, v. 172, no. 1-4, p. 33-37 (2004)], покрытием микрочастиц порошка кремния углеродом методами химического и термического осаждения из газовой фазы [S.-H. Ng, J. Wang, D. Wexler, К. Konstantinov, Z.-P. Guo, H.-K. Liu / Highly reversible lithium storage in spheroidal carbon-coated silicon nanocomposites as anodes for lithium-ion batteries // Angew. Chem. Int. Ed., v. 45, no. 41, p. 6896-6899 (2006)] или в высокоэнергетической плазме [Arie А.А., Song J.O., Lee J.K. / Structural and electrochemical properties of fullerenecoated silicon thin film as anode materials for lithium secondary batteries // Mat. Chem. Phys., v. 113, no 1, p. 249-254 (2009)], пиролизом смеси прекурсоров [Datta M.K., Kumta P.N. / Silicon, graphite and resin based hard carbon nanocomposite anodes for lithium ion batteries // J. Power Sources., v. 165, no. 1, p. 368-378 (2007)].Currently, the problem of increasing the efficiency of energy storage devices is solved by using silicon-carbon powder mixtures, which are obtained by grinding silicon in a mixture with graphite in a ball mill [B.-C. Kim, N. Uono, T. Sato, T. Fuse, T. Ishihara, M. Senna / Li-ion battery anode properties of Si-carbon nanocomposites fabricated by high energy multiring-type mill // Solid State Ionics, v. 172, no. 1-4, p. 33-37 (2004)], coating microparticles of silicon powder with carbon by chemical and thermal vapor deposition [S.-H. Ng, J. Wang, D. Wexler, K. Konstantinov, Z.-P. Guo, H.-K. Liu / Highly reversible lithium storage in spheroidal carbon-coated silicon nanocomposites as anodes for lithium-ion batteries // Angew. Chem. Int. Ed., V. 45, no. 41, p. 6896-6899 (2006)] or in high-energy plasma [Arie A.A., Song J.O., Lee J.K. / Structural and electrochemical properties of fullerenecoated silicon thin film as anode materials for lithium secondary batteries // Mat. Chem. Phys., V. 113, no 1, p. 249-254 (2009)], by pyrolysis of a mixture of precursors [Datta M.K., Kumta P.N. / Silicon, graphite and resin based hard carbon nanocomposite anodes for lithium ion batteries // J. Power Sources., V. 165, no. 1, p. 368-378 (2007)].
В этих структурах углерод в сочетании с кремнием выполняет одновременно несколько функций:In these structures, carbon in combination with silicon performs several functions simultaneously:
- повышает проводимость активного материала (электропроводность кремния ~10-4 См/см);- increases the conductivity of the active material (silicon conductivity ~ 10 -4 S / cm);
- действует как буфер, смягчая изменения объема сплава при циклировании;- acts as a buffer, mitigating changes in the volume of the alloy during cycling;
- изолирует частицы кремния от прямого контакта с компонентами электролита.- isolates silicon particles from direct contact with electrolyte components.
В целом это должно способствовать повышению параметров циклирования композиционного электрода. Однако, физика улучшающего влияния углеродного покрытия до сих пор остается практически не изученной, поэтому выбор оптимальной структурной формы углерода и условий его нанесения на кремний может значительно повысить энергоемкость литий-ионного аккумулятора.In general, this should contribute to increasing the cycling parameters of the composite electrode. However, the physics of the improving effect of the carbon coating is still almost unstudied, so the choice of the optimal structural form of carbon and the conditions for its deposition on silicon can significantly increase the energy consumption of a lithium-ion battery.
В патенте US 6235427 В1 предлагается тип пленочного анода литий-ионного аккумулятора, в котором активный слой состоит из смеси мелкодисперсного порошка кремния и керамики, не реагирующей с литием. В этом случае используют мелкодисперсный монокристаллический, поликристаллический, аморфный кремний, кремниевый сплав или силицид с размерами частиц 1-10000 нм.US Pat. No. 6,254,427 B1 proposes a type of film anode of a lithium-ion battery, in which the active layer consists of a mixture of finely divided silicon powder and ceramics not reacting with lithium. In this case, finely dispersed single-crystal, polycrystalline, amorphous silicon, silicon alloy or silicide with particle sizes of 1-10000 nm are used.
Недостатком этого анода является его многостадийность, а соответственно, высокая энергоемкость и трудоемкость изготовления электрода. Например, процессы образования силицидов происходят только при высокой температуре, что требует высоких затрат энергии при их изготовлении, и, соответственно, создание отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора является сложной технической задачей.The disadvantage of this anode is its multi-stage, and, accordingly, high energy intensity and the complexity of manufacturing the electrode. For example, silicide formation processes occur only at high temperatures, which requires high energy costs in their manufacture, and, accordingly, the creation of a negative electrode of a lithium-ion battery is a complex technical task.
Прототипом предлагаемой ПМ является техническое решение, изложенное в патенте на изобретение US 6824922 В2, где для повышения циклируемости кремниевых пленок создают электрод литий-ионных аккумуляторов, представляющий собой металлическую фольгу, на которой осажден слой кремния (Si) с металлом (М), реагирующим с кремнием, но не реагирующим с литием, затем слой серебра (Ag), который увеличивает проводимость всего многослойного покрытия. Указанные слои могут чередоваться с образованием пленочной структуры типа (Si-M)-Ag-(Si-M)-Ag-…-(Si-M)-Ag. Такие многослойные структуры обладают малым расширением-сжатием во время циклов заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов, что обеспечивает достаточно большое число циклов заряда-разряда - до 600.The prototype of the proposed PM is the technical solution described in the patent for the invention US 6824922 B2, where to increase the cyclability of silicon films create an electrode of lithium-ion batteries, which is a metal foil on which a layer of silicon (Si) is deposited with a metal (M) that reacts with silicon, but not reacting with lithium, then a layer of silver (Ag), which increases the conductivity of the entire multilayer coating. These layers can alternate with the formation of a film structure of the type (Si-M) -Ag- (Si-M) -Ag- ... - (Si-M) -Ag. Such multilayer structures have small expansion-compression during charge and discharge cycles of lithium-ion batteries, which provides a sufficiently large number of charge-discharge cycles - up to 600.
Недостатком данного электрода является необходимость проведения процессов осаждения различных материалов в несколько стадий из разных источников одновременно или поочередно, что усложняет процесс и приводит к большим энергетическим затратам в производстве.The disadvantage of this electrode is the need for the processes of deposition of various materials in several stages from different sources at the same time or in turn, which complicates the process and leads to high energy costs in production.
В настоящей ПМ предлагается отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора на основе кремний-углеродной композиционной пленки, выполненный в виде титановой фольги с композиционной пленкой, состоящей из многослойной структуры, содержащей чередующиеся слои кремния и углерода и границы раздела кремний-углерод, которую получают одновременным или последовательным магнетронным распылением двух соответствующих мишеней. При этом толщина кремниевых и углеродных слоев варьируется от 10 до 150 нм, границы раздела кремний-углерод варьируется от 0,5 до 2,0 нм. Предлагаемое техническое решение позволяет существенно повысить циклируемость рабочего электрода при сохранении удельной емкости.This PM proposes a negative electrode of a lithium-ion battery based on a silicon-carbon composite film made in the form of a titanium foil with a composite film consisting of a multilayer structure containing alternating layers of silicon and carbon and a silicon-carbon interface that is obtained simultaneously or sequentially magnetron sputtering of two corresponding targets. The thickness of the silicon and carbon layers varies from 10 to 150 nm, the silicon-carbon interface varies from 0.5 to 2.0 nm. The proposed technical solution can significantly increase the cyclability of the working electrode while maintaining the specific capacity.
Техническим результатом предложенной ПМ является увеличение удельной емкости отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора за счет наличия в нем кремниевых слоев при одновременном повышении эффективности работы электродов в процессах заряда-разряда благодаря углеродным слоям.The technical result of the proposed PM is to increase the specific capacitance of the negative electrode of a lithium-ion battery due to the presence of silicon layers in it while increasing the efficiency of the electrodes in charge-discharge processes due to carbon layers.
В качестве углеродных слоев используют карбиноподобные пленки, напыляемые методом импульсно-плазменного осаждения. Благодаря большому расстоянию между карбиновыми цепочками (порядка 4
В качестве кремниевых слоев используют пленки из аморфного кремния, напыляемые методом высокочастотного магнетронного осаждения. Для повышения стабильности циклирования в кремниевые слои добавляют алюминий в концентрации 5-10%.Amorphous silicon films sprayed by high-frequency magnetron deposition are used as silicon layers. To increase the stability of cycling, aluminum is added to the silicon layers at a concentration of 5-10%.
Таким образом, создание эффективного кремний-углеродного электрода можно представить как последовательное напыление в одном цикле слоев углерода и кремния. Достигаемая толщина композиционной пленки составлет (5,0±0,1) мкм, удельная емкость достигает значения порядка 2000 мАч/г, а за счет армирования углеродными слоями число циклов возрастает в 10 раз (после 10 слоев) и в 3 раза (после 100 слоев).Thus, the creation of an effective silicon-carbon electrode can be represented as sequential sputtering in a single cycle of carbon and silicon layers. The achieved thickness of the composite film is (5.0 ± 0.1) μm, the specific capacity reaches a value of about 2000 mAh / g, and due to reinforcement with carbon layers, the number of cycles increases 10 times (after 10 layers) and 3 times (after 100 layers).
В предлагаемой ПМ повышение циклируемости и стабильности достигается за счет многослойной структуры.In the proposed PM, an increase in cyclability and stability is achieved due to the multilayer structure.
Осуществление заявляемой ПМ поясняется фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, на которых приведена принципиальная схема заявляемого отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора на основе кремний-углеродной композиционной пленки, где:The implementation of the claimed PM is illustrated in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, which shows a schematic diagram of the inventive negative electrode of a lithium-ion battery based on a silicon-carbon composite film, where:
Фиг. 1 - Многослойная структура, полученная в результате последовательного магнетронного распыления кремниевой мишени и нанесения методом импульсно-плазменного осаждения карбиноподобного углерода в среде аргона на титановую фольгу;FIG. 1 - Multilayer structure obtained as a result of sequential magnetron sputtering of a silicon target and deposition by the method of pulsed plasma deposition of carbon-like carbon in argon on a titanium foil;
Фиг. 2 - Многослойная структура, полученная в результате одновременного магнетронного распыления кремниевой мишени и нанесения методом импульсно-плазменного осаждения карбиноподобного углерода в среде аргона;FIG. 2 - Multilayer structure obtained as a result of simultaneous magnetron sputtering of a silicon target and application of pulsed-plasma deposition of carbin-like carbon in argon;
Фиг. 3 - Многослойная структура по п. 1 формулы ПМ, после термического отжига для создания плавного перехода между пленками кремния и углерода.FIG. 3 - The multilayer structure according to claim 1 of the PM formula, after thermal annealing to create a smooth transition between silicon and carbon films.
Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора на основе кремний-углеродной композиционной пленки в конкретном исполнении, соответствующем п.1 формулы ПМ, имеет структуру, которая включает последовательно: титановую фольгу (токоотвод (Ti)) с композиционной пленкой, состоящей из многослойной структуры, содержащей следующие слои: углерод, кремний, углерод; и границы раздела кремний-углерод.The negative electrode of a lithium-ion battery based on a silicon-carbon composite film in a specific embodiment, corresponding to claim 1 of the PM formula, has a structure that includes sequentially: a titanium foil (current collector (Ti)) with a composite film consisting of a multilayer structure containing the following layers: carbon, silicon, carbon; and silicon-carbon interfaces.
Согласно п. 2 формулы ПМ границы раздела кремний-углерод (от 0,5 до 2,0 нм) определяют в зависимости от температуры отжига.According to paragraph 2 of the PM formula, the silicon-carbon interface (from 0.5 to 2.0 nm) is determined depending on the annealing temperature.
Согласно п. 3 формулы ПМ слои кремния (от 10 до 150 нм) напыляют методом высокочастотного магнетронного осаждения.According to p. 3 of the PM formula, silicon layers (from 10 to 150 nm) are sprayed using high-frequency magnetron deposition.
Согласно п. 4 формулы ПМ слои углерода (от 10 до 150 нм) напыляют методом импульсно-плазменного осаждения.According to p. 4 of the PM formula, carbon layers (from 10 to 150 nm) are sprayed by pulsed plasma deposition.
Согласно п. 5 формулы ПМ для повышения стабильности циклирования в кремниевые слои добавляют алюминий в концентрации 5-10%.According to paragraph 5 of the PM formula, to increase the stability of cycling, aluminum is added to the silicon layers at a concentration of 5-10%.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128614U RU175681U1 (en) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | NEGATIVE LITHIUM-ION BATTERY ELECTRODE BASED ON SILICON-CARBON COMPOSITE FILM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128614U RU175681U1 (en) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | NEGATIVE LITHIUM-ION BATTERY ELECTRODE BASED ON SILICON-CARBON COMPOSITE FILM |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU175681U1 true RU175681U1 (en) | 2017-12-14 |
Family
ID=60719035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017128614U RU175681U1 (en) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | NEGATIVE LITHIUM-ION BATTERY ELECTRODE BASED ON SILICON-CARBON COMPOSITE FILM |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU175681U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114678507A (en) * | 2022-04-12 | 2022-06-28 | 南昌大学共青城光氢储技术研究院 | Multi-layer silicon/carbon film negative electrode plate of lithium ion battery and preparation method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6235427B1 (en) * | 1998-05-13 | 2001-05-22 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Nonaqueous secondary battery containing silicic material |
| US6824922B2 (en) * | 2001-08-25 | 2004-11-30 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Thin film for anode of lithium secondary battery and manufacturing method thereof |
| RU2539318C1 (en) * | 2010-11-26 | 2015-01-20 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | ACTIVE MATERIAL WITH Si ALLOY FOR NEGATIVE ELECTRODE USED IN ELECTRICAL DEVICES |
| RU2540948C1 (en) * | 2011-05-25 | 2015-02-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Active material for negative electrode of electric device |
-
2017
- 2017-08-08 RU RU2017128614U patent/RU175681U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6235427B1 (en) * | 1998-05-13 | 2001-05-22 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Nonaqueous secondary battery containing silicic material |
| US6824922B2 (en) * | 2001-08-25 | 2004-11-30 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Thin film for anode of lithium secondary battery and manufacturing method thereof |
| RU2539318C1 (en) * | 2010-11-26 | 2015-01-20 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | ACTIVE MATERIAL WITH Si ALLOY FOR NEGATIVE ELECTRODE USED IN ELECTRICAL DEVICES |
| RU2540948C1 (en) * | 2011-05-25 | 2015-02-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Active material for negative electrode of electric device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114678507A (en) * | 2022-04-12 | 2022-06-28 | 南昌大学共青城光氢储技术研究院 | Multi-layer silicon/carbon film negative electrode plate of lithium ion battery and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sun et al. | Li 3 V 2 (PO 4) 3 encapsulated flexible free-standing nanofabric cathodes for fast charging and long life-cycle lithium-ion batteries | |
| CN106558683B (en) | Coated negative electrode material and preparation method thereof | |
| CN103236528B (en) | A kind of germanium carbon graphite alkene composite material and its preparation method and application | |
| CN110429270B (en) | A kind of negative electrode composite material Sn/MXene@C and preparation method thereof | |
| CN101924201A (en) | Lithium ion battery negative electrode material carbon coating and preparation method of metal doped lithium titanate | |
| CN107068964A (en) | Lithium aluminum alloy surface modified lithium cathode and solid-state battery thereof | |
| CN101800305A (en) | Method for depositing silicon film at surface of lithium titanate cathode of lithium ion battery | |
| TWI663128B (en) | Electrode material for secondary battery and secondary battery | |
| Luo et al. | Self-healing behavior of high capacity metal gallium thin film and powder as anode material for Li-ion battery | |
| CN102800867A (en) | Silicon-based cathode material for lithium ion battery | |
| CN104085923B (en) | Transition metal chalcogenide nano wire and preparation method thereof and stored energy application | |
| RU2474011C1 (en) | Method to manufacture thin-film anode of lithium-ion accumulators based on films of nanostructured silicon coated with silicon dioxide | |
| CN113437268A (en) | Lithium battery positive electrode material with core-shell structure, preparation method thereof and lithium battery | |
| CN103490054B (en) | Lithium titanate composite material and preparation method thereof and lithium ion battery | |
| CN104282897B (en) | Silicon-based nanometer composite anode material for lithium ion battery and preparation method of silicon-based nanometer composite anode material | |
| KR101979349B1 (en) | Lithium metal electrode and method of manufacturing the same, and secondary battery including the same | |
| CN111313026B (en) | A kind of porous nitrogen-doped carbon/amorphous antimony composite, preparation method and application | |
| RU175681U1 (en) | NEGATIVE LITHIUM-ION BATTERY ELECTRODE BASED ON SILICON-CARBON COMPOSITE FILM | |
| CN106784722B (en) | A kind of lithium titanate/titanium dioxide composite electrode material and preparation method thereof | |
| CN106159246B (en) | Silicon-containing porous amorphous alloy lithium ion battery negative electrode material and preparation method thereof | |
| CN107046123A (en) | A kind of ZnO coats Ni2+、Cu2+Adulterate amorphous cobalt nitrate lithium cell negative pole material and preparation method thereof | |
| Huang et al. | Preparation and electrochemical characterisation of polypyrrole-coated Li2SnO3 anode materials for lithium-ion batteries | |
| CN107069000A (en) | A kind of lithium ion battery silicon-carbon manganese composite negative pole material and preparation method thereof | |
| CN104409714A (en) | Method for preparing nitrogen-carbon co-coated lithium titanate anode material | |
| Ma et al. | Research progress in modification of nickel-rich ternary cathode material LiNi0. 8Co0. 1Mn0. 1O2 for lithium ion batteries |