![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Основным отличием предлагаемого метода модификации катодных материалов на основе Li(Li,Ni,Mn,Co)O2 от существующих аналогов является использование бинарных добавок, состоящих из наночастиц оксидной фазы и углеродного нанопокрытия. Использование наночастиц или нанопокрытий на основе оксидных соединений, химически инертных по отношению к LiMeO2, позволит снизить интенсивность электрохимической деградации электролита на поверхности катодного материала. Неизбежно возникающее при этом снижение электронной проводимости будет компенсировано нанесением проводящего углеродного покрытия. При получении катодных материалов на основе Li(Li,Ni,Mn,Co)O2 одновременное использование двух добавок различного функционального назначения ранее не использовалось.
Оценка возможности эффективно регулировать размер кристаллитов Li(Li,Ni,MnCo)O2 при помощи добавок инертных фаз; установление корреляций между составом, морфологией катодных материалов с модифицированной микроструктурой и их электрохимическим характеристиками; Анализ характера и интенсивности изменения электрохимических параметров катодных материалов при одновременном использовании различных оксидных добавок и пироуглеродных проводящих покрытий; Заключение о целесообразности использования двухкомпонентных добавок при получении катодных материалов и наиболее эффективных направлениях их использования.
При выполнении проекта будут использованы результаты проведенных нами ранее исследований, в ходе которых были предложены оригинальные методы нанесения наноструктурированных углеродных покрытий на частицы Li(Li,Ni,Mn,Co)O2, не приводящие к существенной химической деградации катодного материала. Выявлен также ряд оксидных соединений, химически устойчивых по отношению к Li(Li,Ni,Mn,Co)O2 при температурах его синтеза, что позволяет использовать их в качестве добавок, контролирующих рост зерна Li(Li,Ni,Mn,Co)O2 при термообработке, и защитных покрытий на его поверхности, снижающих интенсивность электрохимической деградации при циклировании.
грант РФФИ |
# | 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. |
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".