Диссертация

Целью данной работы являлся поиск методов повышения электрохимической емкости и токонесущей способности композитных катодных материалов на основе Li[Li,Ni,Mn,Co]O2. Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи: 1. Изучить взаимодействие Li[Li,Ni,Mn,Co]O2 с углеродом и продуктами пиролиза органических прекурсоров для последующей разработки неразрушающих методов нанесения углеродных покрытий и провести сравнительный анализ влияния различных органических прекурсоров и условий их карбонизации на характеристики получаемого аморфного углеродного материала. 2. Осуществить поиск добавок, обладающих высокой химической инертностью по отношению к Li[Li,Ni,Mn,Co]O2, выявить возможные механизмы влияния таких добавок на свойства катодного материала и разработать оптимальные методы их введения, обеспечивающие максимальное положительное воздействие добавок на электрохимические свойства композита. 3. Синтезировать композитные катодные материалы на основе Li[Li,Ni,Mn,Co]O2, содержащие одновременно инертную добавку и углерод; исследовать влияние двухкомпонентных покрытий «инертная добавка + углерод» на кинетику (де)интеркаляции ионов Li+ в структуру Li[Li,Ni,Mn,Co]O2 и определяемые ей электрохимические свойства. Научная новизна может быть сформулирована в виде следующих положений, выносимых на защиту: 1. При исследовании процессов фазообразования Li[Li,Ni,Mn]O2 показано, что наличие стадии предварительного изотермического отжига при 500°С сопровождается уменьшением размера частиц и увеличением катионного разупорядочения. 2. Обнаружено и исследовано не описанное в литературе интенсивное взаимодействие Li[Li,Ni,Mn,Co]O2 с углеродом и промежуточными продуктами пиролиза органических соединений при температурах свыше 350°C. Показано, что первой стадией взаимодействия является катионное разупорядочение Li[Li,Ni,Mn,Co]O2. Интенсивность взаимодействия снижается при использовании органических прекурсоров с высокими температурами плавления (T > 200°C), не содержащих кислорода. 3. Синтезированы композиты Li[Li0.13Ni0.20Mn0.47Co0.20]O2 – CeO2, для которых обнаружено каталитическое воздействие наночастиц CeO2, находящихся в контакте с кристаллитами катодного материала, на процессы обратимого окисления ионов O2- в подрешетке [MO6] при потенциалах циклирования Li[Li,Ni,Mn,Co]O2 выше 4.4 В. Введение диоксида церия и его производных на начальных стадиях синтеза способствует также уменьшению размера кристаллитов Li[Li,Ni,Mn,Co]O2. Данные воздействия позволяют увеличить электрохимическую емкость композитов до значений свыше 220 мА•ч/г. 4. Впервые получены и охарактеризованы композитные катодные материалы на основе Li[Li0.13Ni0.20Mn0.47Co0.20]O2 с двухкомпонентным покрытием «CeO2 – углерод» с электрохимической емкостью более 230 мАч/г. Наличие пленки, содержащей sp2 - гибридный углерод, на поверхности Li[Li,Ni,Mn,Co]O2 уменьшает поляризацию на границе активной фазы с электролитом при циклировании.