Electrochemical lithiation of Ti5M3, Ti3M and Zr3M (M = Sn, Sb) binary intermetallics

Abstract

The binary phases Ti 5 M 3 , Ti 3 M and Zr 3 M (M = Sn, Sb) were studied for electrochemical lithiation, using powder X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray analysis (EDX). The investigation showed that the morphology of the cathode and the anode surfaces undergo changes, and the grain size of the materials decreases. The phase analysis of the anode materials revealed that the Ti 5 Sn 3 (structure type Mn 5 Si 3 ) and Ti 3 Sn (structure type Mg 3 Cd) phases form solid solutions by insertion of Li atoms into the initial structure. The insertion is reversible. The phases Ti 5 Sb 3 (structure type Y 5 Bi 3 ), Ti 3 Sb, Zr 3 Sn (structure type Cr 3 Si), and Zr 3 Sb (structure type Ni 3 P) form solid solutions by substitution of Li for Sn or Sb atoms. Only the Zr 3 Sb phase showed weakly reversible substitution. Among the investigated compounds, the most suitable structure types for intercalation of lithium appeared to be the Mn 5 Si 3 -and Mg 3 Cd-types, where the Li atoms occupy octahedral voids. The intermetallic compounds containing tin showed better ability for electrochemical lithiation than the compounds containing antimony. This can be explained by the easier interaction of antimony and lithium with the formation of binary compounds. Intermetallic compound / Electrochemical lithiation / Li-ion battery

Decarbonization of the Ce2Mn17C1.77 compound upon lithiation

“…At the cathode electrochemical delithiation occurs. The Li-ions leave their positions through channels of the structure of LiCoO 2 and move to the surface of the alloy [12].…”

Pecularities of electrochemical lithiation of the binary intermetallics of the systems {Ti, V}-Al

“…Утворення Li-вмісних фаз є досить характерним явищем у літуванні сплавів, що містять s-чи р-елемент, наприклад, Li17Sn4 (CT Lі17Pb4, ПГ F 4 3m) чи Li3Mg5 (власний СТ, ПГ I4/mmm) [12,13]. Під час інтекаляції літію у структуру Sb-вмісних сплавів, крім твердих розчинів заміщення на основі вихідної сполуки, утворюються проміжні фази літію та стибію, зокрема, Li2Sb (СТ Mg2Ga, ПГ P 6 2c), α-Li3Sb (СТ BiF3, ПГ Fm 3 m) та β-Li3Sb (СТ Na3As, ПГ P63/mmc) [14,15]. Виявлено, що легування стибієм суттєво погіршує питому розрядну ємність електродів.…”

“…Мотивація вибору саме таких фаз -належність до структур з великими октаедричними чи тетраедричними пустотами. І, хоча бінарний інтерметалід Ti3Al характеризується щільним укладанням атомів (СТ Mg3Cd, ПГ P63/mmc), вже є напрацювання, наприклад, для ізоструктурної фази Ti3Sn [14,17], що вона може включати до 0,1 Li/ф.о.…”

“…Можливо сполука VAl3 стабілізується мікрокількістю домішки і тому не розкладається під час охолодження, а присутня в зразку за 600 °С.Схоже, на дифрактограмі сплаву V25Al75 наявні дифракційні піки фази α-V3Al (CT Cr3Si, ПГ Pm 3 n), яка, можливо, стабілізувалася домішкою та в процесі відпалу не розклалася. Фази зі структурою типу Cr3Si не мають здатності до оборотного літування, тому що у результаті літування утворюються тверді розчини заміщення, положення атомів р-елемента (наприклад, Al), у структурі яких займає статистична суміш з атомів Al та Li[14]. Згідно з рентгенофазовим аналізом, основною фазою до літування у сплаві V25Al75 є VAl3 (CT TiAl3, ПГ I4/mmm), а після електрохімічного літування -твердий розчин заміщення V3Al1-xLix з більшими параметрами елементарної комірки (відносне збільшення об'єму ΔV/V = 1 %).…”

LaSn3- based solid solutions of as new electrode materials for Li-ion batteries

“…Металічний магній як електродний матеріал [8,9] або сплави за його участю [6] за електрохімічного літування утворюють бінарний інтерметалід Li 3 Mg 5 (власний СТ, ПГ I4/mmm). У випадку легування стибієм чи використання стибію як електродного матеріалу простежуємо ємності та ресурсу роботи прототипу хімічного джерела електричної енергії [10,11].…”