CC BY
6Вестник Томского государственного университета. Химия. 2023. № 31. С. 29-41
Tomsk State University Journal of Chemistry, 2023, 31, 29-41
Научная статья УДК 541.136/.136.88
10.17223/24135542/31/3
Влияние температуры термообработки в атмосфере азота на физико-химические и электрохимические свойства нефтяного кокса
Надежда Васильевна Егорова1, Розалина Римовна Насырова2, Вадим Юрьевич Мишинкин3, Юрий Степанович Зимин4, Елена Владимировна Кузьмина5, Владимир Сергеевич Колосницын6
12• 3' 5' 6 Уфимский институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН, Уфа, Россия 2'• 4 Уфимский университет науки и технологий, Уфа, Россия 1 [email protected],
2 nasyrova 7700@mail. ги 3 [email protected],
4 ziminyus@mail. ги
5 kuzmina@anrb. ги 6 kolos@anrb. ги
Аннотация. Исследования, направленные на создание дешевых, безопасных и эффективных углеродных материалов из отечественного сырья для отрицательных электродов литий-ионных и постлитий-ионных аккумуляторов, актуальны и имеют высокую практическую значимость.
В представленной работе суммированы результаты исследования влияния температуры термообработки нефтяного кокса в токе азота на его физико-химические и электрохимические свойства. Нефтяной кокс выдерживали в токе азота в течение 5 ч при фиксированной температуре 450, 600, 800, 1 000 и 1 200°С.
Установлено, что термообработка нефтяного кокса в атмосфере азота приводит к существенному снижению удельного сопротивления (с 4,8-107 до 1-10-2 Омсм), увеличению удельной поверхности и уменьшению пикнометрической плотности (исключение составляет температура 1 200°С). Показано, что нефтяной кокс и термообработанный нефтяной кокс при 450°С не обладают электрохимической активностью.
Максимальной анодной емкостью по литию (340-350 мАч/г) обладают углеродные электроды, изготовленные из термообработанного нефтяного кокса при 600°С в атмосфере азота. Однако углеродные электроды на основе термообработанного НК при 600°С обладают низкой длительностью циклирования и высокой необратимой емкостью (58-60%). Увеличение температуры термообработки нефтяного кокса до 1 200°С приводит к уменьшению необратимой емкости до 40%, обратимой анодной емкости до 220 мАч/г и увеличению длительности циклирования углеродных электродов.
По совокупности физико-химических и электрохимических свойств наиболее перспективным материалом для отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов является термообработанный в атмосфере азота нефтяной кокс при 1 000°С.
© Н.В. Егорова, Р.Р. Насырова, В.Ю. Мишинкин и др., 2023
Ключевые слова: нефтяной кокс, литий-ионный аккумулятор, углеродный электрод, интеркаляция катионов лития, необратимая емкость, термообработка
Благодарности: Работа выполнения в рамках государственного задания, тема № 121111900148-3.
Для цитирования: Егорова Н.В., Насырова Р.Р., Мишинкин В.Ю., Зимин Ю.С., Кузьмина Е.В., Колосницын В.С. Влияние температуры термообработки в атмосфере азота на физико-химические и электрохимические свойства нефтяного кокса // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2023. № 31. С. 29-41. doi: 10.17223/24135542/31/3
Original article
doi: 10.17223/24135542/31/3
Effect of temperature of heat treatment in nitrogen atmosphere on physicochemical and electrochemical properties of petroleum coke
Nadezhda V. Egorova1, Rosalina R. Nasyrova2, Vadim Y. Mishinkin3, Yuri S. Zimin4, Elena V. Kuzmina5, Vladimir S. Kolosnitsyn6
12'3'5'6 Ufa Institute of Chemistry, Ufa Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Ufa, Russia :2,4 Ufa University of Science and Technology, Ufa, Russia 1 [email protected],
2 nasyrova 7700@mail. ru 3 [email protected],
4 ziminyus@mail. ru
5 kuzmina@anrb. ru 6 kolos@anrb. ru
Abstract. Research aimed at developing and design cheap, safe and effective carbon materials from domestic raw materials for negative lithium-ion and post-lithiumion electrodes is important and has high practical significance.
This paper presents the results of the study how temperature of heat treatment in the nitrogen affects physicochemical and electrochemical properties of petroleum coke. Petroleum coke was kept in a nitrogen flow for 5 hours at a fixed temperature: 450, 600, 800, 1000 and 1200 °C.
It is sown that the heat treatment of petroleum coke in the nitrogen atmosphere leads to a significant decrease in resistivity (from 4,8 ■ 107 to 110-2 Ohm-cm), an increase in specific surface area and a decrease in pycnometric density (the exception is the temperature of 1200 °C).
It is found that the carbon electrodes, prepared on heat-treated petroleum coke at 600 ° C in a nitrogen atmosphere, have the maximum anode capacity by lithium (340-350 mAh/g). However, carbon electrodes, based on heat-treated petroleum coke at 600 °C, have a low cycling duration and a high irreversible capacity (58-60%) at first cycle. An increase in the heat treatment temperature of petroleum coke to 1200 °C leads to a decrease in the irreversible capacity up to 40%, reversible anode capacity up to 220 mAh/g and an improvement in the cycling duration of carbon electrodes.
According to the combination of physicochemical and electrochemical properties, the most promising materials for negative electrodes of lithium-ion batteries is heat-treated petroleum coke at 1000 °C in a nitrogen atmosphere from the studied samples.
Keywords: petroleum coke; lithium-ion battery; carbon electrode; intercalation of lithium cations; irreversible capacity; heat treatment
Acknowledgments: The research was carried out within the framework of a state assignment: theme No. 121111900148-3.
For citation: Egorova, N.V., Nasyrova, R.R., Mishinkin, V.Y., Zimin, Yu.S., Kuzmina, E.V., Kolosnitsyn, V.S. Effect of temperature of heat treatment in nitrogen atmosphere on physicochemical and electrochemical properties of petroleum coke. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Chimia - Tomsk State University Journal of Chemistry, 2023, 31, 29-41. doi: 10.17223/24135542/31/3
Введение
В 1976 г. впервые была продемонстрирована возможность обратимой электрохимической интеркаляции катионов лития в углерод, а первые лабораторные прототипы литий-ионных аккумуляторов были описаны в 1980-х гг. Лазари и Скорсати [1]. В 1991 г. Sony and Asahi Kasei teams выпустили на рынок первые литий-ионные аккумуляторы [1]. В качестве активного материала отрицательного электрода был использован твердый неупорядоченный углерод, а положительного - LiCoO2 [1]. Однако из-за высокой необратимой емкости твердых углеродов на первом цикле и относительно высокого среднего потенциала интеркаляции лития твердые углероды были заменены на графит, поскольку последний обладает приемлемой удельной емкостью (372 мАч/г), низкой необратимой емкостью (10-17%) и низким потенциалом электрохимической интеркаляции катионов лития [2].
С развитием техники требования к электрохимическим накопителям электроэнергии ужесточаются. Особенно важным показателем становится возможность к обратимому зарядно-разрядному циклированию при высоких токовых нагрузках. Однако как природный, так и синтетический графит демонстрируют относительно низкую скорость интеркаляции / деинтерка-ляции катионов лития и плохую стабильность зарядно-разрядного циклиро-вания при высоких токовых нагрузках [2, 3]. Более того, в силу действия различных причин на графитовом электроде может увеличиваться поляризационное сопротивление переноса заряда, что приводит к увеличению перенапряжения на нем вплоть до достижения величин электрохимического выделения металлического лития. Металлический литий в этом случае осаждается в форме мелкодисперсных осадков дендритной и мшистой структуры. Мелкодисперсный литий обладает высокой химической активностью, на его поверхности могут интенсивно протекать процессы восстановительной деструкции компонентов электролитных растворов с образованием газообразных продуктов. При электрохимическом выделении мелкодисперсный литий способен прорастать через поры сепаратора и вызывать внутреннее замыкание. В худших случаях образование мелкодисперсных осадков лития
может привести к возгоранию, разгерметизации и даже взрыву литий-ионных аккумуляторов [2-6].
Ранее нами было показано, что нефтяной кокс, подвергнутый термообработке при 1 000°С в собственных парах, способен к обратимой интеркаляции лития при высоких токовых нагрузках [3]. Разрядная емкость углеродных электродов на основе термообработанного нефтяного кокса уменьшается на 26% при увеличении плотности с 36 до 364 мА/г [3]. Однако необратимая емкость на первом цикле составляет 40-50%. Возможно, на поверхности нефтяного кокса при термообработке в собственных парах образуются электрохимически активные группы, которые подвергаются электрохимическому восстановлению на первом цикле, увеличивая необратимую емкость.
Цель работы - исследование влияния температуры обработки нефтяного кокса в инертной атмосфере (токе азота) на его физико-химические и электрохимические свойства.
Методы
Подготовка объектов исследования. Нефтяной кокс (НК) электродный (ТУ 0258-098-00151807-98 с изм. 1-4, ТУ 38.1011320-90 с изм. 1-4, Новоуфимский НПЗ, Уфа, Россия) предварительно измельчали в планетарной мельнице. Размольный стакан и размольные шары изготовлены из нержавеющей стали. Измельченный кокс фракционировали с помощью лабораторных сит с калиброванным размером ячеек. После измельчения размер частиц не превышал 0,5 мм. Массовая доля частиц углерода размером более 0,16 мм составляла 21%, 0,125-0,160 мм - 13%, 0,09-0,125 мм - 26%, менее 0,09 мм -40%. Для исследований использовали фракцию с размером частиц менее 0,09 мм. Отобранную фракцию измельченного нефтяного кокса подвергали термической обработке в потоке азота (скорость 20 л/ч), выдерживая образцы при 450, 600, 800, 1 000 и 1 200°С в течение 5 ч в открытой кварцевой лодочке, заполненной углеродом на 2/3 от ее объема. Скорость нагрева составляла 10 °С/мин. После загрузки образцов трубчатую печь продували азотом в течение 30 мин со скорость 20 л в час и только потом включали нагрев. По достижении заданной температуры образец выдерживали в течение 5 ч, выключали нагрев и оставляли в трубчатой печи, не останавливая подачу азота, до охлаждения до комнатной температуры.
Измерение физико-химических свойств углеродных материалов. Удельную площадь поверхности углеродного материала оценивали методом сорбции красителей по метиловому оранжевому [7, 8]. Удельное объемное сопротивление измеряли в кондуктометрических ячейках с блокирующими электродами, изготовленными из нержавеющей стали, при фиксированном давлении 6,4 104 кг/см2.
Содержание углерода, серы, водорода и азота в образцах нефтяного кокса определяли на CHNS элементном анализаторе Euro EA3100 (EuroVector, Италия). Содержание атомов кислорода рассчитывали как разницу 100 мас. % и суммарного содержания атомов C, H, N и S.
Насыпную плотность измеряли как отношение массы порошка углерода к его объему. Для измерения использовали мерный цилиндр. В предварительно взвешенный мерный цилиндр насыпали образец углерода и взвешивали снова для расчета массы образца. Цилиндр с образцом несколько раз встряхивали для уплотнения слоя углерода и записывали объем образца. По отношению массы образца к объему рассчитывали насыпную плотность.
Пикнометрическую плотность измеряли в пикнометрах объемом 5 мл при температуре 30°С. В предварительно взвешенный пикнометр загружали образец примерно на 1/3 объема и вновь взвешивали для расчета точной массы образца. Затем на 2/3 пикнометр заполняли 70%-ным раствором спирта, встряхиванием перемешивали содержимое и помещали в вакуумный эксикатор. Для заполнения пор в образцах спиртом вакуум сканировали не менее 5 раз. Заполненные пикнометры помещали в термостат при 30°С. Через 1 ч пикнометры заполняли термостатированным спиртом до метки и вновь помещали в термостат при 30°С. Через 1 ч проверяли уровень жидкости, при необходимости добавляли или убирали излишек. Полностью заполненные пикнометры взвешивали и рассчитывали пикнометрическую плотность образцов по уравнению
,„ (m - m)
р = р -——--, (1)
гпик г жид с \ / \ ' V /
(m - щ) - (m - m2)
где рпик - пикнометрическя плотность, г/см3; m\ - масса пустого пикнометра, г; m2 - масса пикнометра с навеской образца, г; m3 - масса пикнометра с навеской и жидкостью, г; m4 - масса пикнометра, заполненного только жидкостью, г; р30вд - плотность инертной жидкости при 30°С, г/см3.
Исходя из кристаллографической плотности углерода 2,07 г/см3, рассчитали пористость термообработанного нефтяного кокса по уравнению
P = 100% х 1 -PssLI , (2)
V Р ист J
где Р - пористость, %; рист - кристаллографическая плотность углерода (2,07), г/см3; рпик - пикнометрическая плотность термообработанного нефтяного кокса, г/см3. Следует отметить, что эта расчетная пористость отображает содержание пор, недоступных для заполнения этиловым спиртом: закрытых и, возможно, микропор.
Измерение электрохимических свойств углеродных материалов. Исследование электрохимических свойств углеродных материалов проводили в двухэлектродных дисковых разборных ячейках типа Swagelock cell®. Давление поджима электродного блока составляло 0,3 кг/см2.
Углеродные электроды изготавливали отливкой водной суспензии смеси, состоящей из 94 мас. % активного материала (нефтяной кокс или графит), 1 мас. % сажи (Super P, Китай) и 5 мас. % связующего LA-132 (Китай), на медную фольгу толщиной 16 мкм. После отливки суспензии на медную фольгу электроды сушили при 40°С в течение 1 ч, затем каландрировали и
вырубали в размер. Готовые электроды сушили в статическом вакууме при 40°С над молекулярными ситами 4 А не менее 24 ч. Содержание нефтяного кокса в углеродных электродах составляло 5,7 мг/см2.
Литиевые электроды вырубали из металлической литиевой фольги толщиной 100 мкм (China Lithium Energy Ltd., Китай) в размер.
В качестве сепаратора использовали 1 слой микропористого полипропилена Celgard®3501.
Электролитом был 1М раствор LiClO4 в смеси пропиленкарбоната (ПК) и этиленкарбоната (ЭК) (1:1 по об.). Количество электролита в ячейках составляло 12 мкл/см2.
Все операции по сборке электрохимических ячеек выполняли в перчаточном боксе в атмосфере сухого воздуха (содержание воды не превышало 2 ppm).
После сборки все электрохимические ячейки выдерживали при 30°С 1 ч до измерения электрохимического импеданса и установки на циклирование. Точность стабилизации температуры составляла ±0,1°С.
Методом хронопотенциометрии гальваностатическое зарядно-разрядное циклирование осуществляли с помощью батарейного тестера BCS-800 (BioLogic, Франция). Ячейки циклировали в диапазоне потенциалов 501 000 мВ отн. Li/Li+. Плотность тока была 66 мА/г. Температура циклирова-ния составляла 30 ± 0,1°С.
На формирование защитного слоя твердого электролита, препятствующего контакту компонентов раствора электролита с поверхностью термообра-ботанного нефтяного кокса (ТНК), необратимо затрачивается определенное количество электричества, называемое необратимой емкостью. Необратимую емкость рассчитывали по уравнению
бнеоб = 6ка1 .7 6анод X 100%, (3)
^кат
где 0необ - необратимая емкость, %; Qкaт - катодная емкость на первом цикле, мАч/г; 0анод - анодная емкость на первом цикле, мАч/г.
Кулоновскую эффективность рассчитывали как отношение анодной емкости к катодной на каждом цикле.
Все эксперименты проводили не менее трех раз. Экспериментальная ошибка измерений не превышала 3%.
Результаты и обсуждение
В процессе термообработки нефтяного кокса в потоке азота наблюдалось выделение газообразной фазы: при достижении температуры печи 380°С часть кварцевого стекла трубки пожелтела, при 400°С появился белый дым, при достижении 450°С белый дым окрасился в желтый, при 560°С началась конденсация паров (появление желтых капель на стекле), а при 600°С началось образование конденсата бурого цвета. При дальнейшем повышении температуры визуальных изменений не наблюдалось.
Как и следовало ожидать, с увеличением температуры термообработки содержание углерода увеличивается, а содержание водорода уменьшается (табл. 1). Содержание серы, азота и кислорода практически не изменяется.
Увеличение температуры термообработки нефтяного кокса приводит к существенному уменьшению удельного сопротивления: с 4,8 х 107 до 1,0 х 10-2 Ом-см (табл. 2). Термообработка НК увеличивает его удельную площадь поверхности (см. табл. 2), которая достигает максимума при 1 000°С. Насыпная плотность ТНК практически не изменяется и составляет ~ 0,6 г/см3. Пикнометрическая плотность термообработанного НК изменяется сложным образом с увеличением температуры термообработки: первоначально увеличивается, затем уменьшается и снова увеличивается (см. табл. 2).
Таблица 1
Элементный состав термообработанного нефтяного кокса в атмосфере азота
Температура термообработки, °С Содержание, мас. %
С Н N Б О
Исходный НК 94,07 2,88 0,84 1,48 0,74
450 94,05 3,78 0,80 1,21 0,18
600 94,98 1,83 0,80 1,59 0,80
800 98,52 0,00 0,68 1,10 0,70
1 000 97,84 0,00 0,70 1,04 0,42
1 200 97,75 0,00 0,56 1,17 0,52
Таблица 2
Влияние температуры термообработки на физико-химические свойства
нефтяного кокса
Свойство Исходный Температура термообработки, °С
450 600 800 1 000 1 200
Удельное объемное сопротивление, Ом-см 4,8 х 107 8,6 х 105 8,0 х 105 2,7 х 10-2 1,5 х 10-2 1,0 х 10-2
Насыпная плотность, г/см3 0,42 0,50 0,61 0,64 0,63 0,63
Пикнометрическая плотность, г/см3 1,46 1,53 1,45 1,35 1,35 1,99
Пористость, % 30 25 30 35 35 4
Удельная площадь поверхности, м2/г 0,4 2,8 3,3 3,2 3,5 1,8
Рассчитанная пористость образцов ТНК в интервале температур 4501 000°С составляет порядка 30% (см. табл. 2). Только при 1 200°С пористость термообработанного нефтяного кокса составляет 4%. Это указывает на то, что раскрытие внутренних закрытых пор нефтяного кокса происходит только при термообработке выше 1 000°С.
Методом хронопотенциометрии (гальваностатического зарядно-разряд-ного циклирования) изучено влияние температуры термообработки в потоке
азота на электрохимическую емкость углеродных электродов по литию на основе ТНК.
При катодной поляризации углеродных электродов на основе неупорядоченных углеродов, включая нефтяные коксы, происходят электрохимическая интеркалляция лития и адсорбция лития в микропоры углеродных частиц [9]. При анодной поляризации происходят обратные процессы.
Исходный нефтяной кокс и термообработанный при 450°С не обладают электрохимической активностью (рис. 1).
2,5
+ 3
я н о СО
2,0
1,5
1,0
а 0,5
с
я
М
0,0
а - 1-й цикл
200
1200 °С • 1000 °С 800 °С 600 °С 450 °С
400
600
Емкость, мАч/г(С)
б - 5-й цикл
200
Емкость, мАч/г(С)
400
Рис. 1. Влияние температуры термообработки нефтяного кокса в атмосфере азота на формы зарядно-разрядных кривых углеродных электродов на первом (а) и пятом (б) циклах. В легенде указана температура термообработки
Формы зарядно-разрядных кривых углеродных электродов на основе термообработанных нефтяных коксов при 600, 800, 1000 и 1200°С подобны (см. рис. 1): при катодной поляризации потенциал ячеек плавно уменьшается, примерно при 500 мВ наблюдается слабовыраженный перегиб с уменьшением скорости снижения потенциала. При анодной поляризации происходит плавное увеличение потенциала ячеек с перегибом около 200 мВ.
При катодной поляризации на первом цикле на поверхности углерода происходит формирование барьерного слоя твердого электролита, состоящего из продуктов электрохимического восстановления компонентов электролитной системы и функциональных групп, находящихся на поверхности частиц нефтяного кокса. Этот процесс описывается начальным ниспадающим участком хронопотенциограмм катодной поляризации углеродных электродов. Длина этого участка уменьшается с ростом температуры термо-бработки нефтяного кокса (см. рис. 1). Емкость, затраченная на катодную поляризацию углеродных электродов, соответствующая электрохимической интеркаляции и адсорбции лития в поры углерода, максимальна для образцов термообработанного НК при 600°С и уменьшается при увеличении температуры термообработки. Удельная емкость при анодной поляризации
0
0
углеродных электродов на основе термообработанных нефтяных коксов также максимальна при 600°С и уменьшается с увеличением температуры термообработки нефтяного кокса. На последующих циклах при катодной и анодной поляризации зарядно-разрядные кривые подобны (см. рис. 1, б).
Увеличение температуры термообработки приводит к уменьшению необратимой емкости углеродных электродов на основе термообработанного нефтяного кокса со 100% (температура термообработки 450°С) до 40% (при 1 200°С) (рис. 2). Максимальная обратимая емкость углеродных электродов на 2-м цикле достигает 350 мАч/г для термообработанного нефтяного кокса при 600°С (см. рис. 2). Увеличение температуры термообработки до 1 200°С приводит к уменьшению обратимой емкости нефтяного кокса до 220230 мАч/г.
и
6Г
а
№
400 350 300 250 200 150 100 50 0
120 100 80 60 40 20
.а
т с
кос
м е
я а м и т
а р
б о
400
600
800
1000
1200
0
Температура, °С
Рис. 2. Влияние температуры термообработки нефтяного кокса в атмосфере азота на обратимую анодную емкость на 2-м цикле и необратимую емкость на 1-ом цикле
углеродных электродов
Следует отметить, что, несмотря на самую большую обратимую анодную емкость, углеродные электроды на основе термообработаного нефтяного кокса при 600°С обладают высокой необратимой емкостью 58% на 1-м цикле и самой большой скоростью снижения емкости (рис. 3): всего за 20 циклов углеродные электроды на основе ТНК при 600°С теряют 20% удельной емкости. Углеродные электроды на основе термообработа-ного нефтяного кокса при 800°С теряют емкость на 20% за 40 циклов. Образцы электродов из ТНК при 1 000 и 1 200°С за 50 циклов теряют емкость на 2%. Таким образом, увеличение температуры термообработки нефтяного кокса до 1 000°С способствует увеличению длительности цик-лирования углеродных электродов на основе термообработанного нефтяного кокса (см. рис. 3).
400
и 350
6Г
л 300
и
§ 250
м
е
№ а 200
м
и
Н а 150
р
«О
№ 100
а
Я
о Я 50
0
1200 °С
■ 1000 °С ' 800 °С
■ 600 °С
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
11
21 31
Номер цикла
41
51
-
н
о
и Я ва
и
£
е
■е ■е
о №
а к
и
ва
о
я
о
л
¿л
Рис. 3. Влияние температуры термообработки нефтяного кокса на спад обратимой анодной емкости и кулоновскую эффективность в процессе зарядно-разрядного циклирования углеродных электродов
Независимо от температуры термообработки нефтяного кокса кулонов-ская эффективность циклирования углеродных электродов на его основе с 3-го цикла составляет не менее 99%.
1
Выводы
Проведенные исследования показали, что термообработка нефтяного кокса в атмосфере азота приводит к существенному снижению удельного сопротивления (с 5 107 до 10-2 Омсм), увеличению удельной площади поверхности в 8 раз (с 0,4 до 3,5 м2/г) и повышению электрохимической активности нефтяного кокса. Раскрытие закрытых пор происходит только при термообработке при 1 200°С.
Исходный нефтяной кокс и кокс, подвергнутый термообработке при 450°С, не обладают электрохимической активностью. Максимальной электрохимической емкостью (340-350 мАч/г) по литию обладают образцы термообра-ботанного нефтяного кокса при 600°С. Однако термообработанный нефтяной кокс при 600°С обладает низкой длительностью циклирования и высокой необратимой емкостью (58-60%). Увеличение температуры термообработки нефтяного кокса до 1 200°С приводит к уменьшению необратимой емкости до 40%, обратимой анодной емкости до 220 мАч/г и улучшению длительности циклирования.
Электрохимическое внедрение лития (электрохимическая интеркаляция и адсорбция лития) в термообработанный нефтяной кокс осуществляется
в диапазоне потенциалов, превышающих потенциалы электрохимического выделения металлического лития, что исключает возможность электрохимического выделения металлического лития в процессе длительного за-рядно-разрядного циклирования литий-ионных аккумуляторов с отрицательными электродами на основе термообработанного нефтяного кокса.
По совокупности физико-химических и электрохимических свойств наиболее перспективным материалом отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов являются образцы нефтяного кокса, термообработанного при 1 000°С в токе азота.
Список источников
1. Reddy M.V., Mauger A., Julien C.M., Paolella A., Zaghib K. Brief history of early lithium-
battery development // Materials. 2020. Vol. 13 (8). P. 1884-1892. doi: 10.3390/ma13081884
2. Shi H. Coke vs. graphite as anodes for lithium-ion batteries // J. Power Sources. 1998. Vol. 75.
P. 64-72. doi: 10.31857/S0424857023020068
3. Кузьмина Е.В., Чудова Н.В., Колосницын В.С. Влияние плотности тока на удельные
характеристики отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов на основе термообработанного нефтяного кокса // Электрохимия. 2023. Vol. 59 (2). P. 101— 110. doi: 10.31857/S0424857023020068
4. Finegan D.P., Quinn A., Wragg D.S., Colclasure A.M., Lu X., Tan C., Heenan T.M.M., Jer-
vis R., Brett D.J.L., Das S., Gao T., Cogswell D.A.C., Bazant M.Z., Di Michiel M., Chec-chia S., Shearing P.R., Smith K. Spatial dynamics of lithiation and lithium plating during high-rate operation of graphite electrodes // Energy Environ. Sci. 2020. Vol. 13. P. 2570— 2584. doi: 10.1039/d0ee01191f
5. Wandt J., Jakes P., Granwehr J., Eichel R.A., Gasteiger H.A. Quantitative and time-resolved
detection of lithium plating on graphite anodes in lithium ion batteries // Materials Today. 2018. Vol. 21. P. 231—240. doi: 10.1016/j.mattod.2017.11.001
6. Cai W., Yan C., Yao Y.X., Xu L., Chen X.R., Huang J.Q., Zhang Q. The Boundary of
Lithium Plating in Graphite Electrode for Safe Lithium-Ion Batteries // Angew. Chem. Int. Ed. 2021. Vol. 60. P. 13007—13012. doi: 10.1002/anie.202102593
7. Li W., Li Z., Zhang C., Liu W., Han C., Yan B., An S., Qiu X. Hard carbon derived from
rice husk as anode material for high performance potassium-ion batteries // Solid State Ionics. 2020. Vol. 351. Art. 115319. doi: 10.1016/j.ssi.2020.115319
8. Кузьмина Е.В., Дмитриева Л.Р., Карасева Е.В., Колосницын В.С. О возможности при-
менения метода сорбции красителей для определения удельной поверхности углеродных материалов для литий-серных аккумуляторов // Известия Уфимского научного центра РАН, 2020. № 2. С. 29—34. doi: 10.31040/2222-8349-2020-0-2-29-34
9. Gautier S., Frackowiak E., Machnikowski J., Rouzaud J.N., Beguin F. Mechanism of
Lithium Insertion in Different Kinds of Carbons // Molecular Crystals and Liquid Crystal Science and Technology. Section A. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 1998. Vol. 310. P. 359—364. doi: 10.1080/10587259808045362
References
1. Reddy, M.V.; Mauger, A.; Julien, C.M.; Paolella, A.; Zaghib, K. Brief history of early lithium-
battery development. Materials. 2020, 13 (8), 1884-1892. DOI: 10.3390/ma13081884.
2. Shi, H. Coke vs. graphite as anodes for lithium-ion batteries. J. Power Sources. 1998, 75,
64-72. DOI: 10.31857/S0424857023020068.
3. Kuzmina, E.V.; Chudova, N.V.; Kolosnitsyn, V.S. Effect of current density on specific charac-
teristics of negative electrodes for lithium-ion batteries based on heat-treated petroleum
coke. Russian Journal of Electrochemistry, 2023, 59 (2), 153-161. DOI: 10.1134/ S1023193523020064.
4. Finegan D.P.; Quinn, A.; Wragg, D.S.; Colclasure, A.M.; Lu, X.; Tan, C.; Heenan, T.M.M.;
Jervis, R.; Brett, D.J.L.; Das, S.; Gao, T.; Cogswell, D.A.C.; Bazant, M.Z.; Di Michiel, M.; Checchia, S.; Shearing, P.R., Smith, K. Spatial dynamics of lithiation and lithium plating during high-rate operation of graphite electrodes. Energy Environ. Sci., 2020, 13, 25702584. DOI: 10.1039/d0ee01191f.
5. Wandt, J.; Jakes, P.; Granwehr, J.; Eichel, R.A.; Gasteiger, H.A. Quantitative and time-re-
solved detection of lithium plating on graphite anodes in lithium ion batteries. Materials Today, 2018, 21, 231-240, DOI: 10.1016/j.mattod.2017.11.001.
6. Cai, W.; Yan, C.; Yao, Y.X.; Xu, L.; Chen, X.R.; Huang, J.Q.; Zhang, Q. The Boundary of
Lithium Plating in Graphite Electrode for Safe Lithium-Ion Batteries. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 13007-13012. DOI: 10.1002/anie.202102593.
7. Li, W.; Li, Z.; Zhang, C.; Liu, W.; Han, C.; Yan, B.;. An, S.; Qiu, X. Hard carbon derived
from rice husk as anode material for high performance potassium-ion batteries. Solid State Ionics, 2020, 351, 115319. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssi.2020.115319.
8. Kuzmina, E.V.; Dmitrieva, L.R.; Karaseva, E.V.; Kolosnitsyn, V.S. On the possibility of
using the dye sorption method to determine the specific surface area of carbon materials for lithium-sulfur batteries // Izvestiya Ufa Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2020, 2, 29-34. DOI: 10.31040/2222-8349-2020-0-2-29-34 (in Russian).
9. Gautier, s.; Frackowiak, E.; Machnikowski, J.; Rouzaud, J.N., Beguin, F. Mechanism of
Lithium Insertion in Different Kinds of Carbons. Molecular crystals and Liquid Crystal Science and Technology. Section A. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 1998, 310, 359-364, DOI: 10.1080/10587259808045362.
Сведения об авторах:
Егорова Надежда Васильевна - младший научный сотрудник лаборатории новых материалов для электрохимической энергетики Уфимского института химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН, Уфа, Россия. E-mail: [email protected] Насырова Розалина Римовна - лаборант-исследователь лаборатории новых материалов для электрохимической энергетики Уфимского института химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН; магистрант химического факультета Уфимского университета науки и технологий, Уфа, Россия. E-mail: [email protected] Мишинкин Владимир Юрьевич - кандидат химических наук, младший научный сотрудник лаборатории новых материалов для электрохимической энергетики Уфимского института химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН, Уфа, Россия. E-mail: [email protected]
Зимин Юрий Степанович - доктор химических наук, профессор, профессор кафедры физической химии и химической экологии Уфимского университета науки и технологий, Уфа, Россия. E-mail: [email protected]
Кузьмина Елена Владимировна - кандидат химических наук, заведующая лабораторией новых материалов для электрохимической энергетики Уфимского института химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН, Уфа, Россия. E-mail: [email protected]
Колосницын Владимир Сергеевич - доктор химических наук, профессор, заведующий отделом электрохимической энергетики Уфимского института химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН, Уфа, Россия. E-mail: [email protected]
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Information about the authors:
Egorova Nadezhda V. - Junior Scientist of the Laboratory of New Materials for Electrochemical Energy, Ufa Institute of Chemistry, Ufa Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Ufa, Russia. E-mail: [email protected]
Nasyrova Rosalina R. - Laboratory Assistant-Researcher of the Laboratory of New Materials for Electrochemical Energy, Ufa Institute of Chemistry, Ufa Federal Research Centre, Russian Academy of Sciences; Student of the Master's Degree of the Faculty of Chemistry, Ufa University of Science and Technology, Ufa, Russia. E-mail: [email protected] Mishinkin Vladimir Yu. - Candidate of Chemical Sciences, Junior scientist of the Laboratory of New Materials for Electrochemical Energy, Ufa Institute of Chemistry, Ufa Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Ufa, Russia. E-mail: [email protected] Zimin Yuri S. - Doctor of Chemical Sciences, Professor, Professor of the Department of Physical Chemistry and Chemical Ecology, Ufa University of Science and Technology, Ufa, Russia. E-mail: [email protected]
Kuzmina Elena V. - Candidate of Chemical Sciences, Head of the of the Laboratory of New Materials for Electrochemical Energy, Ufa Institute of Chemistry, Ufa Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Ufa, Russia. E-mail: [email protected]
Kolosnitsyn Vladimir S. - Doctor of Chemical Sciences, Professor, Head of the Department of Electrochemical Energy, Ufa Institute of Chemistry, Ufa Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Ufa, Russia. E-mail: [email protected]
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 05.06.2023; принята к публикации 10.10.2023 The article was submitted 05.06.2023; accepted for publication 10.10.2023
