Download - 2015 re2015 li-rich
![Page 1: 2015 re2015 li-rich](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021921/58f09f641a28ab1c5d8b4629/html5/thumbnails/1.jpg)
Синтез обогащенных литием смешанных оксидов
переходных металлов - перспективных катодных
материалов литий-ионных аккумуляторов
Ю.М. Коштял1, А.М. Румянцев1, А.А. Красилин1, М.Ю. Максимов2, В.В. Жданов1
1Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, Санкт-Петербург
2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
тел: (812) 297-9787, факс: (812) 297-1017, эл. почта: [email protected]
1
![Page 2: 2015 re2015 li-rich](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021921/58f09f641a28ab1c5d8b4629/html5/thumbnails/2.jpg)
Катодные материалы, применяющиеся при изготовлении литий-ионных аккумуляторов
LFP/C 90-110 Вт·ч/кг 220 Вт·ч/л Ресурс 3000 циклов
NMC/C 120-200 Вт·ч/кг 300-600 Вт·ч/л Ресурс 800-2000 циклов
Слоистая структура, R-3m, 2D, LiCoO2, LiNi0,33 Co0,33Mn0,33O2
Шпинель, Fd3m, 3D, LiMn2O4, LiNi0,5Mn1,5O2
Оливин, Pnma, 1D, LiFePO4, LiFe0,34Mn0,66PO4
2
![Page 3: 2015 re2015 li-rich](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021921/58f09f641a28ab1c5d8b4629/html5/thumbnails/3.jpg)
МО6
октаэдр
*ES 190 Johnson 2014
*ES 045 Thackeray 2013
Обогащенные литием смешанные оксиды переходных металлов
3
![Page 4: 2015 re2015 li-rich](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021921/58f09f641a28ab1c5d8b4629/html5/thumbnails/4.jpg)
Водный раствор, с концентрацией C6H8O7 0,18 М Ni(NO3)2x6H2O 0,06 М Co(NO3)2x6H2O 0,06 М Mn(NO3)2x4H2O 0,25 М LiNO3*3H2O 0,56 М NH4OH 0,90 М pH= ≈6-7 Объём 180 мл
Ф И Л Ь Т Р А Ц И Я
Распыление Büchi B-290 Tвх=220°С Tвх=130°С Gвозд=470 л/ч Lр-ра=3 мл/ч Розовый порошок Масса ≈ 15 г
Прессование в таблетки Масса таблетки 0,5÷1,0 г
Прогрев на плитке Чёрный порошок Уменьшение массы в ≈4-5 раз
Прогрев в муфеле на воздухе Время нагрева – 2 ч Время выдержки при температуре – 5, 10 ч Т=800 (900)°С Уменьшение массы на 20%
Синтез Li1,25Ni0,13Co0,13Mn0,55O2 (0,5Li2MnO3x0,5LiNi0,33Co0,33Mn0,33O2) с использованием метода распылительной сушки
Приготовле-ние раствора
Фильтро-вание
Распыле-ние
Термообработка
Предвари-тельная
Окончате-льная
4
![Page 5: 2015 re2015 li-rich](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021921/58f09f641a28ab1c5d8b4629/html5/thumbnails/5.jpg)
Влияние температуры и времени термообработки на распределение частиц по размерам
Образец d10, мкм d50, мкм d90, мкм
ПТО 1,8 12,5 26,7
800°С, 5 ч 6,1 19 38,4
800°С, 10 ч 5,6 20,2 36,1
900°С, 8 ч 3,7 19,5 41,7 5
![Page 6: 2015 re2015 li-rich](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021921/58f09f641a28ab1c5d8b4629/html5/thumbnails/6.jpg)
Микроструктура синтезированных катодных материалов и электродов, изготовленных с их применением
Согласно результатам РСМА анализа соотношение Ni/Co/Mn = 0,14/0,13/0,60
6
![Page 7: 2015 re2015 li-rich](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021921/58f09f641a28ab1c5d8b4629/html5/thumbnails/7.jpg)
Кристаллическая структура продуктов синтеза
I003/I104 D, нм
0,42 57
0,64 59
0,59 65
0,79 13
7
![Page 8: 2015 re2015 li-rich](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021921/58f09f641a28ab1c5d8b4629/html5/thumbnails/8.jpg)
Результаты электрохимических испытаний Li1,25Ni0,13Co0,13Mn0,55O2, полученного в результате прогрева при 900°С в течение 8 часов
Ресурс при циклировании в диапазоне 4,4-2,8В относительно лития при скорости заряда и разряда С/3
Разрядная ёмкость после заряда до 4,4В после активации, проведённой при разных напряжениях
Диапазон, В 4,4-2,8 4,8-2,8 4,8-2,8 Ёмкость, мАч/г
(скорость разряда)
160 (С/3) 225(С/3) 265(С/20) 175 (С/3) 250(С/4) –
8
![Page 9: 2015 re2015 li-rich](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021921/58f09f641a28ab1c5d8b4629/html5/thumbnails/9.jpg)
Выводы и дальнейшие направления исследований
9
1. С использованием метода распылительной сушки синтезирован катодный материал с составом Li1,25Ni0,13Co0,13Mn0,55O2. Определены распределение частиц по размерам, микроструктура, кристаллическая структура, ёмкость в зависимости от напряжения активации и ресурс при циклировании относительно лития.
2. Отжиг прекурсора катодного материала при температурах 800°С и 900°С приводит к примерно одинаковому увеличению размеров частиц.
3. В образцах, прогретых при температуре 800 и 900°С присутствуют кристаллические фазы Li2MnO3 и LiNi0,33Co0,33Mn0,33O2. Однако из соотношения интенсивностей рефлексов I003/I104 можно заключить, что часть ионов переходных металлов LiNi0,33Co0,33Mn0,33O2 находится в подрешётке лития.
А. С применением метода распылительной сушки синтезировать смешанный оксид, провести его литирование и сравнить характеристики с рассмотренным в данном докладе материале. Б. Определить ресурс обоих материалов при циклировании в широком диапазоне потенциалов 2,8-4,8В. В. Определить степень снижения потенциала катода в ходе циклирования и исследовать влияния примесей переходных металлов на данный процесс