катодные материалы

В работе рассмотрен синтез электродного материала на основе Li₂MnSiO₄/С с использованием широко распространенных, экологически безопасных и недорогих Li-, Si- и Mn-содержащих прекурсоров.

Рассмотрены различные стратегии синтеза перспективных электродных материалов литий-ионного аккумулятора (ЛИА) на основе ортосиликата железа(II)-лития (Li₂FeSiO₄) с использованием широко распространенных, экологически безопасных и недорогих исходных веществ. Полученные материалы представляют собой многокомпонентные электроактивные композиты, включающие помимо основного литий-аккумулирующего компонента также вспомогательные структурообразующие и электропроводящие компоненты на основе продуктов пиролитического разложения органических соединений.

Исследовалось поведение литированного фосфата железа марки РН/Р1 (Phostech Lithium Inc, Канада) при работе в качестве положительного электрода литий-ионного аккумулятора с электролитом на основе LiPF₆. Удельная ёмкость исследуемого материала при температуре 20°С составила: 130 мА·ч/г при скорости разряда 0.15С, 105 мА·ч/г при 1С и 95 мА·ч/г при 2.1C.

Твердофазным методом получены сложные оксиды состава Li_{1 + x}Ni_{1 / 3}Co_{1 / 3}Mn_{1 / 3}O₂. На основании результатов измерения магнитной восприимчивости сделан вывод о влиянии концентрации лития на соотношение ионов Ni^{2 +} и Ni^{3 +} в Li_{1 + x}Ni_{1 / 3}Co_{1 / 3}Mn_{1 / 3}O₂. Монотонное убывание величины g-фактора, установленное при изучении объектов методом ЭПР, свидетельствует об усилении локальных обменных взаимодействий при понижении температуры.

В обзоре обобщены литературные сведения о термическом разложении оксалата железа (II) с образованием Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Fe₃C и других продуктов. Прослежена историческая эволюция взглядов на пути и механизм термолиза оксалатов. Анализируется современное состояние проблемы с позиции использования соединения FeC₂O₄·2Н₂O для синтеза феррофосфата лития LiFePO₄4 - многообещающего катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.

Разработаны методики синтеза фосфата лития железа LiFePO₄4 со структурой оливина. Синтезированы новые материалы на основе фосфата лития железа, в том числе допированные металлами композиты LiFePO₄4 с углеродом, получаемым путём пиролиза органических соединений. Проведена кристаллографическая характеризация синтезированных материалов, определены их электрохимические характеристики при экстракции и обратном внедрении лития. Найдены корреляции между кристаллографическими и электрохимическими характеристиками материалов.

Методом механохимической активации с карботермическим восстановлением был синтезирован ряд твёрдых фаз – смешанных фосфатов лития–железа–марганца с общей формулой LiMn_yFe_1-yPO₄ (0 ≥ y ≥ 1) с углеродным покрытием поверхности частиц. Синтезированные смешанные фосфаты были исследованы в качестве перспективных катодных материалов для литий-ионного аккумулятора. Показан положительный эффект замещения относительно небольшой доли железа на марганец, что улучшает электрохимические показатели в режиме токовых нагрузок до 10C.

Обобщены литературные сведения о физико-химических и электрохимических свойствах фосфата лития-железа LiFePO₄, касающиеся перспектив его применения в качестве катодного материала для литий-ионного аккумулятора, опубликованные по 2009 г. включительно.

В обзоре обсуждаются методы повышения эксплуатационных показателей катодных материалов на основе литий-марганцевой шпинели. Рассмотрены причины деградации LiMn₂O₄, описаны основные варианты решения проблемы, в том числе допирование шпинельной матрицы катионами металлов, замещение кислорода в системе Li–Mn–O другими анионами, образование защитной оболочки на поверхности частиц, создание композитов различного состава. Показана возможность работы замещённых шпинельных матриц в области 5 В.