Новые методы модификации катодных материалов для литий-ионных аккумуляторовНИР

New modification methods of cathode materials for Li-ion batteries.

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Новые методы модификации катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов
Результаты этапа: Впервые синтезированы бинарные композиты LMNC-CeO2-С, исследованы их микроморфология и электрохимические свойства. Экспериментально подтверждено образование наночастиц CeO2 на поверхности кристаллитов LNMC при введении церия на ранних сталиях синтеза LNMC.. Нанесение пироуглеродного покрытия на композит LNMC-CeO2 приводит к повышению устойчивости значений его электрохимической емкости при повышении тока разряда при сохранении или повышении уровня указанных значений по отношению к исходному композиту. Установлено, что нанесение пироуглеродного покрытия, наряду с деполяризацией электродов, заметно уменьшает скорость электрохимической деградации катодных материалов в ходе электрохимического циклирования при повышенных токах разряда. Это отражается в снижении интенсивности катионного разупорядочения LNMC в результате циклирования. Образование Li2CO3 в результате взаимодействия углеродного покрытия с электролитом не оказывает значимого воздействия на электрохимические характеристики материала. При исследовании химического взаимодействия LNMC со сложными оксидами лития и переходных металлов впервые установлено, что соединения, образующиеся при взаимодействии LNMC с индивидуальными оксидами, также не являются химически инертными по отношению к LNMC. Небольшие количества указанных соединений образуют с LNMC твердые растворы, и лишь значительные их количества образуют с LNMC смеси, устойчивые по отношению к дальнейшему взаимодействию. По результатам проведенных исследований подготовлены два доклада (устный и стендовый) на национальной и международной научных конференциях и опубликована статья в научном журнале категории Top-25 по версии Web of Science.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Новые методы модификации катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов
Результаты этапа: При сопоставлении влияния различных методов введения добавок CeO2 на электрохимические свойства катодных материалов на основе LLNMC установлено, что нанесение тонких покрытий CeO2 на предварительно синтезированный LLNMC приводит к дальнейшему улучшению его электрохимических параметров по сравнению с введением CeO2 на ранних стадиях синтеза катодного материала. При изучении электрохимических свойств LLNMC с тонким наноструктурированным покрытием на основе CeO2 впервые показано, что наблюдаемое увеличение значений электрохимической емкости не может объясняться барьерным эффектом CeO2 и связанным с ним торможением процессов электрохимической деградации LLNMC при циклировании, поскольку увеличение наблюдается уже на самых первых циклах. При этом кривые циклической вольтамперометрии образцов с покрытиями заметно отличаются от аналогичных кривых для исходного LLNMC, что указывает на различия в протекании процессов интеркаляции- деинтеркаляции лития в этих образцах. Предложена схема процессов, объясняющая влияние покрытий на основе CeO2 на электрохимические характеристики LLNMC. При исследовании взаимодействия оксида висмута с LLNMC установлено, что образование LiBiO2 в качестве отдельной фазы наблюдается лишь при его содержании свыше 5 масс. %, что не позволяет рассматривать Bi2O3 в качестве инертной добавки. В то же время проведенные исследования позволили выявить два новых соединения, практически не взаимодействующих с LLNMC при повышенных температурах. Исследование свойств катодных материалов с добавками указанных соединений будет проведено на следующем этапе выполнения проекта. По результатам проведенных исследований опубликована статья в Journal of Power Sources и сделан устный доклад на международной конференции.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Новые методы модификации катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов
Результаты этапа: Проведен систематический анализ результатов взаимодействия с LLNMС при T = 800-900 C оксидов РЗЭ, лантана, скандия и иттрия. В результате проведенной работы впервые установлена химическая инертность по отношению к LLNMC оксидов иттербия, лютеция и иттрия. Оксид лантана взаимодействует с LLNMC с образованием LaCoO3, оксид скандия – с образованием LiScO2. Редкоземельные элементы первой половины ряда, от неодима до гольмия, также взаимодействуют с LLNMC с образованием RECoO3. Химическая стабильность полученных таким образом кобальтатов по отношению к LLNMC оказалась также различной: NdCoO3 не образует новых фаз и твердых растворов при высокотемпературном взаимодействии с LLNMC, в то время как GdCoO3 и HoCoO3 при содержании до 5 масс. % образуют с LLNMC твердые растворы со структурой типа K2NiF4. Анализ электрохимических свойств катодных материалов на основе LLNMC с добавками и покрытиями на основе вновь обнаруженных инертных соединений показал отсутствие значимого улучшения свойств, а в некоторых случаях наблюдалось даже их ухудшение. Таким образом, подтвердилось первоначальное предположение о том, что 1.5-кратное увеличение обратимой электрохимической емкости при использовании добавок и покрытий на основе CeO2 связано не столько с барьерными свойствами оксида церия, сколько с высокой каталитической активностью его наночастиц в реакциях окисления. По материалам работы, проделанной на 3-м этапе, опубликована статья в одном из старейших и авторитетных в данной области знания журнале Solid State Ionics.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".