Научные основы создания полностью-твердофазных литиевых источников тока: модификация электрических свойств твердых электролитов и исследование их интерфейса с композиционными катодами

Объектом исследования являются твердые электролиты на основе Li7La3Zr2O12 и Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3, катоды на основе LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2. Цель работы – исследование физико-химических свойств твердых электролитов на основе Li7La3Zr2O12 и Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 в зависимости от состава, условий синтеза для оптимизации их электрических характеристик, а также модификация границы раздела улучшенных электролитов с катодами на основе LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2. В работе использовались следующие методики: РФА, КР-спектроскопия, РЭМ, ДСК, электрохимический импеданс, циклическая вольтамперометрия, хронопотенциометрия. В результате предложена растворная методика синтеза для получения твердых электролитов Li7-xLa3Zr2−xTaxO12 (x=0–2.0) и Li7-x-3yAlyLa3Zr2-xTaxO12 (x=0.3-0.6, y=0.05-0.20). Предложен способ улучшения функциональных свойств перспективного твердого электролита Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 путем введения добавки оксида бора. Обнаружено, что B2O3 благоприятно влияет на процесс кристаллизации, при этом уменьшая размер зерна и улучшая межзеренный контакт. Изучена термическая и химическая совместимость твердых электролитов на основе Li7La3Zr2O12 и Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 с LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, а также при введении Li3BO3 в состав катода. Предложено введение полимера Solef в катодную массу, и выявлено, что 2% полимера является оптимальным для снижения сопротивления на границе с твердым электролитом на основе Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3. При использовании композиционного катода с 5 масс% Li3BO3 наблюдается значительное снижение межграничного сопротивления с твердым электролитом на основе Li7La3Zr2O12 по сравнению с чистым NCM.