ИСТИНА

Важной характеристикой электродов литий-ионных аккумуляторов является удельная емкость, приходящаяся на единицу массы или объема электрода. Эта величина значительно зависит от количеств электрохимически инертных компонентов в составе электрода – полимерного связующего и электропроводящего компонента. Разработка высокоемких аккумуляторов для электромобилей и систем хранения возобновляемой энергии требует создания новых связующих и электропроводящих материалов и снижения их содержания в составе электрода. При этом важной задачей является обеспечение возможности переработки этих компонентов из доступных и экологически безопасных растворителей, что позволит отказаться от использования токсичного и дорогостоящего N-метилпирролидона при производстве электродов. В данной работе в качестве электропроводящих компонентов для катодов на основе LiFePO4 использовали одностенные или многостенные углеродные нанотрубки (УНТ); в качестве связующих использовали один из следующих полимеров: полиакрилонитрил (ПАН), поливинилпирролидон (ПВП), поли(3,4-этилендиокситиофен):поли(4-стиролсульфонат) (ПЭДОТ:ПСС), сульфированный полифениленоксид, которые перерабатывали из нетоксичных растворителей (воды, водно-спиртовых смесей или диметилсульфоксида). Рассмотренные связующие обеспечивали дисперсионную устойчивость УНТ в катодных суспензиях и равномерное распределение УНТ в составе получаемых композитных электродов. Меньший порог перколяции УНТ по сравнению с традиционно используемой сажей позволил повысить содержание активного компонента (LiFePO4) в составе катодов до 95 мас.%. Установлено, что введение частиц LiFePO4 различной морфологии в состав композита ПВП-УНТ приводит к увеличению электропроводности последнего на 1-6 порядков за счет выделения УНТ в отдельную микрофазу. Удельные емкости катодов, полученных с различными полимерными связующими, были близки при низких скоростях разряда C/10 (~150 мАч/г), однако при высокой плотности тока 20C значительно различались, коррелируя с электропроводностью катодов и их набуханием в электролите. В то же время циклическая устойчивость катодов коррелировала с силой их адгезии к алюминиевому токосъемнику. Среди рассмотренных связующих композит ПАН-УНТ продемонстрировал наилучший баланс между электропроводностью и адгезионной прочностью катода, что обеспечило сочетание высокой удельной емкости и циклической устойчивости. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 17-73-30006).