|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Катодные материалы для литий-ионных аккумуляторов с микроструктурой «ядро-оболочка» градиентного составадипломная работа (Бакалавр)
- Научный руководитель: Дрожжин О.А.
- Автор: Гамзюков П.И.,
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2019
- Аннотация: В настоящее время в мире актуальна проблема хранения электроэнергии, в связи с чем возникает интерес к аккумуляторам с высокой плотностью энергии. Соответственно, возникает потребность в катодных материалах, обладающих высоким рабочим потенциалом, а также стабильностью циклирования и безопасностью. Соединения LiMPO4 (M = Fe, Co, Mn) с структурой оливина могут рассматриваться в качестве эффективных катодных материалов, способных удовлетворять данным требованиям. LiCoPO4 и LiMnPO4 (4.8 и 4.1 В отн. Li/Li+) изоструктурны коммерчески используемому LiFePO4 (3.4 В отн. Li/Li+), демонстрирующему высокую обратимую ёмкость и устойчивую циклируемость. Однако электроды на основе LiMPO4 (M = Co, Mn), как правило, быстро деградируют из-за растворения переходного металла в органических электролитах из-за невысокой стабильности делитированной фазы “MPO4”, что обусловлено высоким потенциалом для Co3+, выходящим за окно стабильности стандартного электролита EC/PC, и, соответственно, ян-теллеровским искажением для иона Mn3+. Кроме того, литиевые оливины обладают низкой электронной и ионной проводимостью. Поэтому целью нашей работы является разработка методов синтеза и модификации поверхности частиц LiMPO4 (M = Co, Mn), способных устранить данные недостатки. Существуют различные методы синтеза литиевых оливинов, однако наибольший интерес представляют растворные методы, т.к. образующиеся кристаллиты смешанного фосфата лития и d-катиона имеют достаточно мелкий размер и однородность. Перспективными выглядят способы модификации поверхности LiMPO4 (M = Co, Mn) с помощью покрытий на основе родственного соединения LiFePO4 – предполагается, что такие покрытия будут способствовать уменьшению деградации электродов, препятствуя растворению ионов переходного металла с высоким потенциалом без существенной потери ёмкости и циклируемости. В данной работе были проведены синтезы образцов LiMPO4 (M = Co, Mn), модифицированных Fe2+ в гидротермальных условиях. Исходный смешанный фосфат лития был получен как непосредственно по отработанной нами методике (получаемый LiCoPO4 демонстрирует разрядную ёмкость ~80% на 1 цикле), так и in situ в ходе гидротермальной обработки. Нами были получены частицы, на поверхности которых часть переходного металла замещена на железо, что проявляется как по данным спектроскопических исследований состава, так и по характерному для redox-пары Fe2+/Fe3+ электрохимическому отклику. Было исследовано влияние различных параметров на ход синтеза, в частности, изменения концентрации соединений лития, железа, аскорбиновой кислоты, времени и температуры синтеза, а также влияние добавок органических растворителей. Показано, что подобная модификация положительно влияет на циклическую стабильность образцов смешанных фосфатов лития. Таким образом, в ходе работы были получены однофазные образцы LiMPO4 (M = Co, Mn), демонстрирующие высокую разрядную ёмкость. Путём модификации поверхности частиц с помощью Fe2+ удалось получилось значительное улучшение циклической стабильности получаемых катодных материалов.
- Добавил в систему: Дрожжин Олег Андреевич