Способ получения литированного двойного оксида лития и марганца со структурой шпинели

Изобретение относится к технологии получения материала на основе смешанного оксида лития и марганца со структурой шпинели для использования его во вторичных батареях. Предложен способ получения литированного двойного оксида лития и марганца состава Li1+xMn2O4, где 0,20<x<1,25, заключающийся в том, что механически готовят однородную смесь из гидрида лития LiH и манганита лития LiMn2O4 с мольным соотношением LiH : LiMn2O4, равным 0,2÷1,25, готовую смесь отжигают в атмосфере аргона при температуре 250÷300°С в течение 1÷2 часов, затем изменяют атмосферу аргона на атмосферу воздуха и дополнительно отжигают при тех же температурах в течение 0,2÷1 часа. Изобретение позволяет получать материал с заданным и однородным составом, характеризующийся повышенным содержанием лития, что обеспечивает повышенную емкость батареи, а также хорошей совместимостью с портативными системами. 1 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к материалам на основе смешанного оксида лития и марганца, конкретно со структурой шпинели для использования его во вторичных батареях.

Известен способ получения литированного смешанного оксида лития и марганца состава Li2Mn2O4 со структурой шпинели [ЕР 0569521], заключающийся во взаимодействии иодида лития LiI с манганитом лития LiMn2O4 в среде ацетонитрила CH3CN при кипячении с обратным холодильником.

Главным недостатком данного способа является невозможность получения смешанного оксида лития и марганца с точно заданным и однородным составом по объему продукта, что делает его непригодным для изготовления вторичных литиевых батарей с воспроизводимыми характеристиками.

Из [RU 2536649] известно, что при заряде и разряде Li-ионных аккумуляторов имеют место топотактические реакции, они состоят в инжекции электрона и внедрении катиона Li в твердую матрицу без разрушения внутренней структуры материала. Однако интеркаляция ионов Li в структуру материала может привести к существенным изменениям в строении материала: образование новой фазы, увеличение объема кристаллической ячейки, «вспучивание» и т.п.

Материал однородного состава в большей степени пригоден для интеркаляции ионов лития, поскольку он не будет испытывать серьезных структурных напряжений при прохождении катиона Li+ по каналам в структуре MnO2.

К другим недостаткам можно отнести применение токсичного и пожароопасного ацетонитрила, так, данный способ подразумевает стадию сушку получаемого препарата Li2Mn2O4 от токсичного ацетонитрила и утилизацию последнего.

Известен способ получения оксида лития и марганца LixMn2O4+δ со структурой шпинели [RU 2165390], включающий стадии: а) образования реакционной смеси, содержащей оксид марганца (оксид Μn) и реагент, выбираемый из группы, состоящей из литиевой соли и гидроксида лития и любой их смеси; b) реакцию оксида марганца в реакционной смеси с образованием оксида марганца с введенным в него литием Lix (оксид Μn), где 0,015<x<0,2 преимущественно без образования оксида лития и марганца со структурой шпинели, имеющего стехиометрическую формулу LixΜn2O4+δ, где 0,9<x<1,2 и 0<δ<0,4; с) реакцию оксида марганца с введенным в него литием Lix (оксид Μn) с реагентом, выбираемым из группы, состоящей из литиевой соли и гидроксида лития и любой из смеси с образованием оксида лития и марганца LixΜn2O4+δ со структурой шпинели, где 0,9<x<1,2 и 0<δ<0,4.

Основным недостатком указанного способа является относительно низкое содержание лития в конечном продукте, что приводит к снижению стабильности и сокращению жизненного цикла материала.

Наиболее близким является способ получения литированной шпинели литиево-марганцевого оксида формулы Li(1+x)Mn2O4, где 0<х≤1, включающий взаимодействие шпинели литиево-марганцевого оксида формулы LiMn2O4 с карбоксилатом лития при температуре и в течение времени, достаточных для разложения указанного карбоксилата и образования литированной шпинели. В способе [RU 2152355] (прототип) для получения литированной шпинели применяется контактирование карбоксилата лития с оксидной литий-марганцевой шпинелью.

К основному недостатку прототипа можно отнести стадию высушивания шихты LiMn2O4, полученной при обработке LiMn2O4 раствором карбоксилата лития в деионизированной воде. На стадии сушки происходит неоднородное распределение лития по высоте шихты, а значит, получение продукта с однородным составом является затруднительным.

По этой причине состав полученного продукта требует обязательной стадии охарактеризовывания каждой партии на содержание лития.

Изобретение направлено на изыскание способа получения литированного смешанного оксида лития и марганца с заданным и однородным по объему продукта составом со структурой шпинели со стехиометрической формулой Li1+xMn2O4, где 0,20<x<1,25, характеризующегося повышенным содержанием лития, что обеспечивает повышенную емкость батареи, а также хорошую совместимость с портативными системами.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения литированного двойного оксида лития и марганца со структурой шпинели, заключающийся в том, что механически готовят однородную смесь из гидрида лития LiH и манганита лития LiMn2O4 с мольным соотношением LiH : LiMn2O4, равным 0,20÷1,25. Готовую смесь отжигают в атмосфере аргона при температуре 250÷300°С в течение 1÷2 часов, затем изменяют атмосферу аргона на атмосферу воздуха и дополнительно отжигают при тех же температурах в течение 0,2÷1 часа, получают литированный двойной оксид лития и марганца со структурой шпинели, имеющий стехиометрическую формулу Li1+xMn2O4, где 0,20<x<1,25.

Выбор диапазона с мольным соотношением LiH : LiMn2O4 обусловлен тем, что при значениях соотношения менее 0,20 содержание лития в конечном продукте незначительно, а при значениях более 1,25 не удается сохранить структуру шпинели.

Температура отжига определяется из соображений оптимизации способа, с одной стороны, процесс отжига не должен быть слишком продолжительным, а с другой стороны, приводить к образованию однородного продукта со структурой шпинели.

Сущность изобретения состоит в том, что обнаружена способность гидрида лития выступать в качестве литирующего агента для получения литированного двойного оксида лития и марганца со структурой шпинели с большим содержанием лития. Дополнительно обнаружено явление - увеличение содержания лития в конечном продукте и сохранение структуры шпинели за счет замены атмосферы аргона на атмосферу воздуха в процессе отжига.

При этом обеспечивается получение продукта с заданным составом.

Заявляемое изобретение поясняется следующей прилагаемой иллюстрацией:

Фиг. Порошковая дифрактограмма продуктов по заявляемому изобретению, где кривая I относится к дифракционной картине Li1,20Mn2O4, кривая II к Li1,80Mn2O4, а кривая III к Li2,25MnO4.

Ниже приведены примеры реализации заявляемого способа. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенный способ.

Пример 1. Получение Li1,20Mn2O4

10,00 г манганита (II, III) лития и 0,0879 г гидрида лития помещали в шаровую мельницу. Полученную механическую смесь перенесли в реакционный сосуд и создали в нем атмосферу аргона. Отжиг производили при температуре 250°С в течение 1 часа, затем атмосферу аргона заменили на атмосферу воздуха и отжигали при той же температуре в течение 0,2 часа.

Пример 2. Получение Li1,80Mn2O4

10,00 г манганита (II, III) лития и 0,3517 г гидрида лития помещали в шаровую мельницу. Полученную механическую смесь перенесли в реакционный сосуд и создали в нем атмосферу аргона. Отжиг производили при температуре 275°С в течение 1,5 часа, затем атмосферу аргона заменили на атмосферу воздуха и отжигали при той же температуре в течение 0,6 часа.

Пример 3. Получение Li2,25Mn2O4

10,00 г манганита (II, III) лития и 0,5495 г гидрида лития помещали в шаровую мельницу. Полученную механическую смесь перенесли в реакционный сосуд и создали в нем атмосферу аргона. Отжиг производили при температуре 300°С в течение 2 часов, затем атмосферу аргона заменили на атмосферу воздуха и отжигали при той же температуре в течение 1 часа.

Все полученные порошкообразные продукты характеризовались методом рентгеновского фазового анализа с целью отнесения дифракционной картины полученного вещества к дифракционной картине вещества со структурой типа шпинели (фиг.). Из дифракционных картин следует, что избыток вводимого лития не приводит к образованию новой фазы, что говорит об однородности получаемых материалов.

Предложенное изобретение позволяет получать литированный смешанный оксид лития и марганца с заданным и однородным составом со структурой шпинели со стехиометрической формулой Li1+xMn2O4, где 0,20<x<1,25, характеризующийся повышенным содержанием лития, что обеспечивает повышенную емкость батареи, а также хорошей совместимостью с портативными системами.

Способ получения литированного двойного оксида лития и марганца со структурой шпинели, заключающийся в том, что механически готовят однородную смесь из гидрида лития LiH и манганита лития LiMn2O4 с мольным соотношением LiH : LiMn2O4, равным 0,2÷1,25, готовую смесь отжигают в атмосфере аргона при температуре 250÷300°С в течение 1÷2 часов, затем изменяют атмосферу аргона на атмосферу воздуха и дополнительно отжигают при тех же температурах в течение 0,2÷1 часа, получают литированный двойной оксид лития и марганца со структурой шпинели, имеющий стехиометрическую формулу Li1+xMn2O4, где 0,2<x<1,25.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электродам свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и способам их получения. В частности, электроды содержат активный аккумуляторный материал для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, причем поверхность электрода снабжена слоем покрытия, содержащим углеродную смесь из композитных углеродных частиц, при этом каждая из композитных углеродных частиц содержит частицу первого конденсаторного углеродного материала и частицу второго электропроводящего углеродного материала, при этом размеры частиц первого материала значительно больше, чем у частиц второго электропроводящего углеродного материала, и по меньшей мере 20 % поверхности частиц первого конденсаторного материала покрыто частицами второго электропроводящего углеродного материала.

Изобретение относится к способу изготовления композитного катодного материала. Способ включает следующие стадии: получение гидрогеля или ксерогеля V2O5; выдержка в герметичном тефлоновом автоклаве при температуре 130-200°C и давлении 100-600 МПа в течение суток смеси, содержащей гидрогель или ксерогель V2O5, и углеродного материала с получением композиционного материала, содержащего наностержни V2O5 в оболочке из графена; центрифугирование полученного композиционного материала; промывка композиционного материала; сушка композиционного материала при температуре 50°C.

Изобретение относится к способу получения высокоемких анодных материалов на основе соединений включения лития в графитную спель и способу изготовления из них отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу получения поверхностно-модифицированного литированного оксида кобальта (LiCoO2), используемого в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к анодному материалу с покрытием и к аккумулятору с металлическим анодом с покрытием. Техническим результатом изобретения является увеличение емкости и количества циклов перезарядки аккумулятора.

Изобретение относится к активному материалу отрицательного электрода для литий-ионной вторичной батареи, содержащему сплав, содержащий Si в диапазоне от 31% по массе или более до 50% по массе или менее, Sn в диапазоне от 16% по массе или более до 41% по массе или менее, Al в диапазоне от 24% по массе или более до 43% по массе или менее и неизбежные примеси в качестве остатка.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к аккумуляторной батарее с неводным электролитом, которая содержит положительный электрод с активным материалом положительного электрода, способного на введение и отделение анионов, отрицательный электрод с активным материалом отрицательного электрода, способного на накопление и высвобождение металлического лития, или ионов лития, или их обоих; и неводный электролит, образованный растворением соли лития в неводном растворителе, при этом аккумуляторная батарея с неводным электролитом содержит твердую соль лития при 25°C и разрядном напряжении 4,0 В.

Катодная фольга для твердотельного электролитического конденсатора предназначена для повышения емкости, снижения эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и тока утечки, усиления термостойкости и снижения себестоимости производства, в то же время с повышением удельной мощности, реализацией быстрой зарядки-разрядки и улучшением характеристик ресурса в элементе для аккумулирования электрической энергии, таком как вторичная батарея, конденсатор с двойным электрическим слоем и гибридный конденсатор.

Аккумуляторная батарея с неводным электролитом по изобретению имеет энергогенерирующий элемент (21) со слоем (19) аккумулятора, который включает в себя положительный электрод, включающий слой (15) активного материала положительного электрода, сформированный на поверхности токоотвода (12) положительного электрода, отрицательный электрод, включающий слой (13) активного материала отрицательного электрода, сформированный на поверхности токоотвода (11) отрицательного электрода, и сепаратор (1), размещенный между положительным электродом и отрицательным электродом и содержащий неводный электролит.

Изобретение относится к способу получения анодного материала со структурой шпинели для литий-ионной автономной энергетики, включающему смешение соли лития Li2CO3, оксида титана (IV) TiO2 и оксида хрома (III) Cr2O3 в стехиометрическом соотношении, а также углеродного прекурсора, измельчение частиц смеси в шаровой мельнице и последующую термообработку.

Литий-алюминиевые аноды применяются в литиевых источниках тока (ЛИТ), которые используются в качестве источников питания длительного хранения и поддержки памяти; в сложном технологическом оборудовании, работающем по заданной программе; в системах учета и анализа расхода жидкостей и газов; в медицинской технике как наиболее надежные и компактные.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Предложены силовая установка электромобиля, электромобиль с такой силовой установкой и способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств с электротягой. Система контроля работы электромобиля содержит: обогревательный контур (11), нагрузочный конденсатор (С12), распределительное устройство (20) и модуль управления переключателями (200).

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для производства улучшенного катодного активного материала литий-ионных аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к способу получения высокоемких анодных материалов на основе соединений включения лития в графитную спель и способу изготовления из них отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к силовым установкам гибридного автомобиля. Технический результат - повышение эксплуатационных параметров аккумуляторной батареи.
Изобретение относится к способам получения керамических твердых электролитов с высокой проводимостью по иону лития и может быть использовано в электротехнической промышленности, преимущественно при изготовлении твердотельных литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу получения поверхностно-модифицированного литированного оксида кобальта (LiCoO2), используемого в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.

Настоящее изобретение относится к литий-ионной вторичной батарее, имеющей электродный элемент, в котором положительный электрод и отрицательный электрод размещены таким образом, чтобы быть напротив друг друга, раствор электролита и наружный корпус контейнера для содержания электродного элемента и раствора электролита, в которой: отрицательный электрод формируют с использованием второго активного материала отрицательного электрода, который получают легированием литием первого активного материала отрицательного электрода, который содержит металл (а), способный образовывать сплав с литием, оксид (b) металла, способный абсорбировать и десорбировать ионы лития, и углеродсодержащий материал (с), способный абсорбировать и десорбировать ионы лития; и раствор электролита содержит соединение на основе фторированного простого эфира, представленное предварительно заданной формулой, в которой содержатся алкильная группа или фторзамещенная алкильная группа.

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано при производстве литий-ионных аккумуляторов, обладающих улучшенными техническими параметрами.

Изобретение относится к технологии получения новых соединений с высокими значениями магнитосопротивления и может быть использовано в химической промышленности, микроэлектронике, для создания магниторезистивных датчиков в криогенной и космической магнитометрии.

Изобретение относится к технологии получения материала на основе смешанного оксида лития и марганца со структурой шпинели для использования его во вторичных батареях. Предложен способ получения литированного двойного оксида лития и марганца состава Li1+xMn2O4, где 0,20<x<1,25, заключающийся в том, что механически готовят однородную смесь из гидрида лития LiH и манганита лития LiMn2O4 с мольным соотношением LiH : LiMn2O4, равным 0,2÷1,25, готовую смесь отжигают в атмосфере аргона при температуре 250÷300°С в течение 1÷2 часов, затем изменяют атмосферу аргона на атмосферу воздуха и дополнительно отжигают при тех же температурах в течение 0,2÷1 часа. Изобретение позволяет получать материал с заданным и однородным составом, характеризующийся повышенным содержанием лития, что обеспечивает повышенную емкость батареи, а также хорошей совместимостью с портативными системами. 1 ил., 3 пр.

Наверх