Функциональные материалы, наноматериалы и технологиипо теме:Особенности зарядно-разрядных процессов в композитных катодных материалах нового поколения для литий-ионных аккумуляторов (заключительный)

Выполнено исследование возможности направленной модификации катодных материалов путем систематического изучения электрохимических процессов, протекающих при циклировании катодных материалов на основе литийизбыточных замещенных кобальтитов лития (LLNMC). Изучены электрохимические процессы, проходящие при циклировании композиционных катодных материалов, полученных путем внедрения на различных стадиях синтеза допирующей добавки – оксида церия или же с использованием различных покрытий (углерод, серебро), улучшающих проводимость композиционного катодного материала. Перед началом работы была проанализирована возможность использования для допирования тех или иных оксидных добавок. По результатам анализа было установлено, что наибольший интерес для изучения представляют LLNMC, допированные оксидом церия, поскольку при введении оксида церия не происходит его взаимодействия с катодным материалом. Исследовано влияние введения допанта на разных стадиях синтеза катодного материала на электрохимические процессы, протекающие при циклировании, и установлено, что наилучшие результаты дает введение оксида церия на стадии соосаждения гидроксидов переходных металлов и на финальной стадии синтеза путем покрытия сформированного катодного материала. Данные подходы позволяют увеличить электрохимическую емкость со 152 мАч/г до 190 и 220 мАч/г при использовании соосаждения и покрытия соответственно. На основании результатов гальваностатического циклирования и циклической вольтамперометрии были определены оптимальные количества допантов, вводимых на различных стадиях. Кроме того, введение допанта позволяет увеличить диапазон потенциалов циклирования катодного материала с 2 - 4,6 В до 2 - 4,8 В, что позволяет дополнительно увеличить емкость композитного катодного материала до 235 мАч/г. На основании анализа электрохимических процессов, протекающих при циклировании композиционных катодных материалов LLNMC - CeO₂, было высказано предположение об активации окислительно-восстановительных процессов в анионной подрешетке частицами оксида церия. Использование углеродного покрытия позволяет снизить разность между потенциалами интеркаляции и деинтеркаляции лития с 0,301 В для исходного катодного материала до 0,1 В для катодного материала, содержащего 4% углеродного покрытия, что позволяет улучшить циклируемость катодного материала и повысить его емкость при высоких токах разряда. На заключительной стадии работы было исследовано влияние одновременно двух типов покрытий – оксида церия и углеродного покрытия на электрохимические процессы, происходящие при циклировании. Также в работе было исследовано влияние допирования катодного материала LiMn₂O₄ ионами никеля и кобальта на электрохимические характеристики данного материала.