Труды КНЦ (Технические науки вып. 5/2023(14))

Keywords: lithium cobaltate, heat treatment, ionic conductivity, electronic conductivity, sol-gel method, solid-state method, bubbling, lithium-ion batteries Acknowledgment: The article was supported by the federal budget on the topic of the state assignment of the Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials named after I.V. Tananaev of the Kola Sciencе Centre of the Russian Academy of Sciences No. FMEZ-2020-0015. Financing: State assignment on the topic of research No. FMEZ-2020-0015. For citation: Kesarev K. A., Korneikov R. I., Efremov V. V. Synthesis of lithium cobalt oxide of stoichiometric composition by the combined sol-gel method with solid state finishing without using long high-temperature treatment // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 5. P. 38-44. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.5.007. Введение Литиевые источники тока используются практически во многих сферах — к примеру, медицина, электроника, космическая и военная техника [1], однако в некоторых отраслях — к примеру, производство и эксплуатация электромобилей — ограничена, так как запаса хода хватает на 200­ 300 км без подзарядки. В связи с чем проблема разработки литийионных аккумуляторов с более высокими характеристиками, такими как емкость, циклируемость, является актуальной на сегодняшний день. По данным Journal o f Power Sources, наибольшее количество публикаций по литийионным аккумуляторам посвящено катодным материалам — 40 %, затем анодным — 21 %, прочие — 17 % [9]. Основные недостатки существующих катодных материалов — это низкая электронная и ионная проводимость, в связи с чем для повышения электрофизических характеристик применяются различные подходы: уменьшение размера частиц, допирование другими элементами и др. В качестве катодного материала наиболее часто используется кобальтат лития, который на данный момент применяется в большинстве литийионных аккумуляторов. Он характеризуется достаточно высокой удельной емкостью 135-150 мА-ч/г при эксплуатации ЛИА в диапазоне напряжений 2,5­ 4,3 В, циклируемость 500-1000 циклов [2]. Структура гексагонального LiCoO 2 состоит из слоев CoO 2 , которые образованы связанными между собой октаэдрами CoO6 и разделены слоями ионов лития с октаэдрической координацией [2]. В литературе приведено много работ по исследованию материалов на основе LiCoO 2 , полученного твердофазным и золь-гель методами, синтезом с применением механохимической обработки и синтезом в микроволновой печи и др. [2]. Большинство методик энергозатратны, например, термообработка при наиболее распространенном твердофазном синтезе длится порядка 24-48 часов [3], к тому же твердофазный метод не обеспечивает необходимой дисперсности, что ухудшает качество продукта. Другие подходы, к примеру метод соосаждения [4], требуют применения органических кислот, органических растворителей, например, тетрагидрофурана. Золь-гель метод устраняет недостатки указанных подходов, в частности твердофазного метода, обеспечивает высокую дисперсность, однако все равно требует длительности температурной обработки для окисления кобальта порядка 7 часов при температуре 700 °C в воздушной атмосфере [5]. В связи с этим цель работы — это получение кобальтата лития стехиометрического состава более простым методом, чтобы исключить длительную высокотемпературную обработку, что, в свою очередь, позволит снизить энергозатраты и обеспечит более высокую дисперсность целевого продукта, а также поможет определить физические параметры и изучить электрофизические свойства синтезированных соединений. Экспериментальная часть Для синтеза целевых продуктов в работе использовались растворы заданной концентрации, приготовленные из реактивов L iO H ^ O (ИМП), ^ C h ^ ^ O марки «ч.д.а.» (ГОСТ 4525-77). К раствору © Кесарев К. А., Корнейков Р. И., Ефремов В. В., 2023 Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 5. С. 38-44. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 5. P. 38-44. 39