Труды КНЦ вып.8 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2017(8))

N. A. Kalinin, Yu. M. Koshtyal, A. M. Rumyantsev, I. A. Cherepkova SYNTHESIS AND ELECTROCHEMICAL INVESTIGATIONS OF LITHIUM-RICH CATHODE MATERIALS Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 AND Li1.25Ni0.12Co0.12Mn0.51O2 FOR LITHIUM-ION BATTERIES Abstract Cathode materials with the formulas Li 12 Ni 0 . 13 Co 0 . 13 Mn 0 . 54 O 2 and Li 1 . 25 Ni 0 . 12 Co 0 . 12 Mn 0 . 51 O 2 were synthesized by spraying aqueous solutions of metal salts and subsequent annealing of the resulting powders. The effect of the synthesis parameters on the particle size distribution is shown. The structure of the cathode materials considered in the study was studied by means of X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The values of the discharge specific capacitance are determined as a function of the discharge current. The maximum capacitance values for a discharge in the 2.8-4.8 V potential range relative to the lithium potential were 250 mAh/g (C/4) and 265 mAh/g (C/20) for Li 1 . 2 Ni 0 . 13 Co 0 . 13 Mn 0 . 54 O 2 and Li 1 . 25 Ni 0 . 12 Co 0 . 12 Mn 0 . 51 O 2 , respectively. Keywords: Lithium-ion battery, lithium-rich cathode materials, lithiated transition metal oxides. Введение Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) обладают высокой удельной энергией, мощностью и ресурсом. В этой связи ЛИА применяют при изготовлении батарей для портативных электронных устройств, гибридных автомобилей, авиа- и космической техники. Усовершенствование ЛИА связано с разработкой технологии изготовления и материалов для их изготовления. Повышение удельной энергии ЛИА может быть достигнуто за счёт использования более энергоёмких анодных и катодных материалов. Одним из классов активных катодных материалов, рассматриваемых исследователями для увеличения удельной ЛИА, являются слоистые обогащенные литием и марганцем оксиды (LMR), состав которых может быть представлен в виде xLi 2 MnO 3 • (1-x) LiMO 2 (M = Mn, Ni, Co, 0<x<1) [1]. Li 12 Mn 0 . 54 Ni 0 .i 3 Co 0 .i 3 O 2 является одним из наиболее изученных материалов данного класса. Несмотря на высокую удельную ёмкость и среднеразрядный потенциал данному материалу свойствены такие недостатки как уменьшение среднеразрядного потенциала в процессе циклирования, низкий коэффициент диффузии и насыпная плотность. В этой связи поиск новых соеденинений с менее выраженными недостатками и сопоставимой удельной ёмкостью является актуальной задачей. В данной работе было показано влияние параметров синтеза на размер частиц активных катодных материалов и проведено сопоставление разрядных ёмкостей в зависимости от скоростей разряда активных катодных материалов близкого состава Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 и Li1.25Ni0.12Co0.12Mn0.51O2. Синтез катодных материалов С целью получения катодных материалов навески нитратов (Ni(NO 3 ) 2 x 6 H2O (ГОСТ 4055-78, ЧДА, m=3,11 г), Co(NO 3 ) 2 x 6 H 2 O (ГОСТ 4528-78, ЧДА, m=3,11 г), Mn(NO 3 ) 2 x 4 H 2 O (Panreac, 143224.1210, Ч, m=11,47 г), LNO 3 X 3 H 2 O (ГОСТ 10562-76, ХЧ, m=12,30 г)) или ацетатов (Ni(CH 3 COO) 2 *4H 2 O, (Aldrich 98%, m=3.25 г), ^ ( C H 3 COO) 2 *4H 2 O, (Aldrich 99%, m=3.25 г), Mn(CH 3 COO) 2 * 4 H 2 O, (Aldrich 99%, m=13.25 г), 71