Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Keywords: lithium nickelate, heat treatment, ionic conductivity, electronic conductivity, sol-gel method, solid phase method, lithium ion batteries Acknowledgments: the article was supported by the federal budget on the topic of the state assignment of Tananaev Institute of Chemistry of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences No. FMEZ-2020-0015. Funding: state assignment on the topic of research No. FMEZ-2020-0015. For citation: Synthesis of lithium nickelate of almost stoicheometric composition by combined approach / K. A. Kesarev [et al.] // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 212-220. doi:10.37614/2949-1215.2024.15.1.034. Введение Литий-ионные аккумуляторы являются перспективным и быстроразвивающимся видом энергонакопительных устройств, однако в некоторых сферах, как, к примеру, производство электромобилей, их применение ограничено в связи с низкой ёмкостью, циклируемостью аккумулятора. Производительность такого аккумулятора, в свою очередь, зависит от катодного материала. На данный момент в большинстве литий-ионных аккумуляторов в качестве катодного материала применяется кобальтат лития (LiCoO2) либо литий-железо фосфат (LiFePO 4 ). Никелат лития (LiNiO 2 ) привлекает внимание в качестве катодного материала из-за его высокой разрядной ёмкости, низкой стоимости и экологичности [ 1 ], он также обладает наибольшей практической удельной ёмкостью из класса оксидов LiMO 2 (210 мАч/г при заряде до 4,2 В) [2]. Однако в промышленных масштабах его практически не используют (из-за сложностей получения стехиометрического LiNiO 2 ). Из-за близости ионных радиусов двухвалентный никель занимает позиции лития, по этой причине возникает нестехиометрия никелата лития Li 1 _xNi 1 +xO 2 [2]. Согласно литературным данным, в большинстве работ LiNiO 2 получают твердофазным методом (см., например, [3]). Данный метод требует длительной высокотемпературной термообработки порядка 24-72 ч, что, в свою очередь, приводит к укрупнению частиц (получаемый размер 3-5 мкм), тем самым ухудшаются электрохимические свойства получаемого материала. Золь-гель метод устраняет частично недостатки твердофазного метода, приводит к высокой гомогенизации получаемого продукта, но требует всё равно длительной термообработки. К примеру, в работе [4] для золь-гель синтеза никелата лития требовалась термообработка при 600 °С в течение 5 ч, затем при 800 °C продолжительностью 13 ч. Получаемый размер частиц составлял 3-5 мкм. Другие методы, к примеру спрей-пиролиз [5], сложны и требуют дорогостоящего оборудования. Существующие в настоящее время подходы не приводят к получению катодных материалов на основе никелата лития с необходимыми физическими параметрами, поэтому поиск новых способов синтеза является актуальным. Экспериментальная часть Синтез катодного материала на основе никелата лития осуществляли путём комбинирования золь-гель метода и твердофазного подхода. Использовались: гидроксид лития одноводный (чистоты 99,00 %, «Невареактив», Россия); никеля хлорид шестиводный (чистоты 97 %, «Невареактив», Россия). Соединения растворяли в деионизованной воде до нужной концентрации. Также использовали натрия гипохлорит (чистоты 99 %, «Невареактив», Россия) в виде готового раствора. Для графического представления материалов использовали редакторы CorelDRAW (Сorporation Corel, Сanada), OriginPro 9.1 (OriginLab Corporation, Northampton, Massachusetts, USA), Chem 3D PRO (CambridgeSoft, United Kingdom). Математическую обработку SEM-изображений осуществляли программой ScanMaster (National research nuclear university (MEPHI), Moscow Engineering Physics Institute, Moscow, Russia). Синтез проводили в термостате при температуре 65 °C. К 10-кратному мольному избытку раствора LiOH (по отношению к никелю) вводили раствор NiCl 2 . Далее смесь окисляли 3 %-м раствором NaClO (взятым c 20 %-м избытком на окисление катионов никеля). Синтез проводили в течение Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 212-220. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 212-220. © Кесарев К. А., Корнейков Р. И., Ефремов В. В., Щербина О. Б., 2024 213