Новые катодные материалы на основе фторидофосфатов для металл-ионных аккумуляторов

Цель исследования - создание новых катодных материалов на основе фторидофосфатов переходных и щелочных металлов. Впервые получены и охарактеризованы катодные материалы на основе фторидофосфатов щелочных и переходных металлов: Li₂Co₁₋ₓFeₓPO₄F (x = 0,1 - 0,3) и LiNaCo₀,₅Fe₀,₅PO₄F (структурный тип Li₂NiPO₄F); AVPO₄F (A = K, Li; структурный тип KTiOPO₄); выявлены закономерности фазообразования, взаимосвязь химического состава, кристаллической структуры и электрохимических свойств. Кристаллические структуры исследуемых фторидофосфатов и электрохимически модифицированных материалов определены впервые с использованием комплекса дифракционных методов: нейтронной дифракции (Li₂CoPO₄F и LiNaCo₀,₅Fe₀,₅PO₄F), рентгеновской дифракции и электронной томографии (AVPO₄F), особенности и характер ионного транспорта, а также его взаимосвязь с кристаллической структурой в Li₂CoPO₄F впервые изучены методами теории функционала плотности; методами электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа охарактеризованы химический состав и свойства продуктов электрохимической модификации AVPO₄F. Впервые показана возможность использования фторидофосфатов AVPO₄F со структурным типом KTiOPO4 в качестве катодных материалов для МИА, включая литий-, натрий- и калий-ионные аккумуляторы высокой мощности, что обусловлено сохранением более 75% от начальной удельной емкости при высокой скорости циклирования до 40°С. Определены диффузионные характеристики исследуемых материалов, обнаружено интересное свойство AVPO₄F обеспечивать более быстрый транспорт ионов K⁺ по сравнению с меньшими по радиусу Na⁺ и Li⁺, при этом в ряду Li⁺ - Na⁺ - K⁺ коэффициенты диффузии увеличиваются на два порядка при переходе к K⁺. Результаты проделанной работы могут найти широкое применение в индустрии электрохимической энергетики, в частности при создании следующего поколения МИА, полученные в ходе работы закономерности фазообразования, особенности кристаллической структуры и взаимосвязи состав - структура - свойства фторидофосфатов открывают широкие возможности для поиска и дизайна новых функциональных материалов. Предложены новые катодные материалы на основе исследуемых фторидофосфатов для МИА. По результатам работы получен патент на изобретение РФ 2619600.