РАЗРАБОТКА ПОСЛОЙНО КОМБИНИРОВАННЫХ ИНТЕРКАЛИРУЕМЫХ ЛИТИЕМ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ МN+1AXN (ТРОЙНЫХ КАРБИДОВ И НИТРИДОВ (Х) ПЕРЕХОДНОГО МЕТАЛЛА (М) И ЭЛЕМЕНТА ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ III-V ГРУПП (А)) И КОМПЛЕКСНЫХ ОКСИДОВ, ФОСФАТОВ И СИЛИКАТОВ ЛИТИЯ И ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ КАТОДА ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА

Выполнена разработка способов поверхностного модифицирования различных классов катодных материалов литий-ионного аккумулятора с использованием представителей особого класса веществ, так называемых МАХ-фаз, имеющих чрезвычайно высокую электронную проводимость (>10⁴ Ом⁻¹∙см⁻¹). При этом были решены задачи получения как веществ-субстратов: LiCoO₂, LiFePO₄ (в том числе продукт частичного замещения в нем железа на марганец, LiFe₀,₉₅Mn₀,₀₅PO₄), Li₃V₂(PO₄)₃, Li₂FeSiO₄, так и поверхностных модификаторов: основных представителей МАХ-соединений (Ti₃SiC₂, Ti₃AlC₂, Ti₃SnC₂), различных углеграфитовых материалов, Li₃V₂(PO₄)₃. В числе решенных задач проекта было повышение содержания основного продукта при синтезе Ti₃SiC₂-модификатора. Методика создания послойно комбинированных катодных материалов основывалась на дозированном соединении суспензий модифицирующей добавки и субстрата. Равномерность распределения покрывающего материала в матричной среде обеспечивалась интенсивным перемешиванием суспензий вплоть до полного удаления дисперсионной среды. Присутствие же имеющей высокую электронную проводимость фазы поверхностного модификатора (Ti₃SiC₂) обеспечивает снабжение потока ионов лития необходимым количеством электронов и замедляет структурную деградацию электродного материала, что проявляет себя в более медленном падении емкости от цикла к циклу у поверхностно модифицированного материала в сравнении с немодифицированным. Ионно-транспортные процессы в Ti₃SiC₂-модифицированном материале исследованы методом гальваностатического прерывистого титрования, широко применяемым для анализа кинетики транспортных процессов в твердофазных интеркаляционных электродных материалах. Измеряемое значение эффективного коэффициента диффузии D приближается к своему истинному значению (коэффициенту диффузии ионов лития) в случае избыточного снабжения частицы электронами, когда лимитирующим становится перенос ионов. Выработанные оригинальные подходы к описанию диффузии ионов лития в интеркаляционных соединениях и способ определения ее скоростного параметра (коэффициента диффузии D) направлены на создание модифицированных электродных материалов с повышенными энергетическими и мощностными свойствами, позволяющими повысить габаритные характеристики ЛИА на их основе.