![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Одними из наиболее перспективных катодных материалов современных литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) сегодня считаются фосфаты лития и переходных металлов со структурой оливина. В литературе широко исследованы свойства катодного материала LiFePO4, как одного из наиболее распространенных представителей данного класса катодных материалов. Однако кроме преимуществ перед другими катодными материалами (высокая удельная емкость, стабильность структуры в процессах заряда-разряда) LiFePO4 обладает и рядом существенных недостатков, таких как низкие проводимость и коэффициент диффузии катионов Li+, а также невысокий (3.4 В отн. Li/Li+) рабочий потенциал. С другой стороны, материалы, обладающие более высоким рабочим потенциалом – LiCoPO4, LiMnPO4, LiNiPO4 – в настоящее время не используются на практике в связи с рядом нерешенных проблем, связанных с особенностями их получения и структурной неустойчивостью при деинтеркаляции Li+. Частичным решением этих проблем являются твердые растворы Li(Fe,M)PO4 (М = Mn, Co). Целью настоящей работы стал гидротермальный синтез и исследование твердых растворов LiMnxFe1-xPO4 (0.1≤x≤0.5, ∆x=0.1). Однофазные образцы LiMnxFe1-xPO4 (0≤x≤0.5, ∆x=0.1) с различной морфологией частиц были получены при помощи гидротермального метода синтеза в различных условиях. Из результатов РФА можно судить о том, что при x≠0 успешно образуются твердые растворы – наблюдается сдвиг пиков и изменение параметров элементарной ячейки согласно закону Вегарда. Электрохимические свойства материалов были исследованы с помощью методов гальваностатического циклирования (GCPL), прерывистого потенциостатического титрования (PITT) и in situ рентгеновской дифракции (XRD). При гальваностатическом циклировании емкость полученных материалов составила 80-90% от теоретической, падение емкости при прохождении 100 циклов на скорости 10С - 3-7%. Детально был изучен механизм (де)интеркаляции Li+в структуру LiMnxFe1-xPO4. С помощью метода PITT были экспериментально определены вклады диффузионной и двухфазной составляющей в механизм (де)интеркаляции Li+ для различных составов, причем результаты были подтверждены независимым методом - с помощью in-situ XRD. Полученные твердые растворы обладают рядом существенных преимуществ перед LiFePO4: повышенной энергоемкостью (за счет более высокого рабочего потенциала) и возможностью использования в высокомощных устройствах, что определяется значительным вкладом однофазного механизма извлечения лития на разряде.