Разработка наноструктурированного катодного материала на основе Li2FeSiO4 для литий-ионных аккумуляторов

• Автор: Ван Циншэн
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 Аналитический обзор

1.1 Материалы электродов. Кристаллическая структура и электрохимические характеристики

1.1.1 Слоистые оксиды

1.1.2 Шпинели

1.1.3 Фосфаты

1.2 Катодные материалы на основе Ы2Ре8Ю

1.2.1 Особенности фазового состава и кристаллической структуры

1.2.2 Технология получения

1.2.2.1 Твердофазный синтез
1.2.2.2 Золь-гель метод
1.2.2.3 Микроволновый синтез
1.3 Постановка задач исследований
Глава 2. Разработка методики экспериментальных исследований получения новых наноструктурированных катодных материалов на основе П2Ге8Ю4 для литий-ионных аккумуляторов повышенной
эффективности методом жидкофазного литья
Глава 3. Получение экспериментальных образцов новых наноструктурированных катодных материалов на основе Ы2Ре8Ю4 для литий-ионных аккумуляторов повышенной эффективности методом
жидкофазного литья
3.1 Кинетика кристаллизации сплавов в системе
Ы^Оз+Ь^Юз
Глава 4. Модифицирование аморфных сплавов оксидами У205, Р205,
РеО, титаномагнетитом
Глава 5. Получение экспериментальных образцов новых наноструктурированных катодных материалов на основе Рл2Ре8Ю4 для

литий-ионных аккумуляторов повышенной эффективности методом твердофазного синтеза
5.1 Покрытие углеродом
5.2 Допирование
5.3 Получение низкотемпературной фазы
5.4 Испытания экспериментальных образцов новых наноструктурированных катодных материалов на основе композита
1л2Ре8Ю4 -углерод
Основные выводы по работе
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Современными и перспективными устройствами накопления энергии, имеющими высокую энергетическую плотность, являются литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) - эффективные, легкие и перезаряжаемые источники питания для бытовой электроники (портативных компьютеров, цифровых камер и сотовых телефонов).
Как ожидается, в среднесрочной перспективе прогнозируется активный рост объемов реализации литий-ионных аккумуляторов. Так, по оценкам Research. Techart, объем мирового рынка ЛИА в 2017 году может превысить 8.3 млрд долл., что в 2.5 выше текущих показателей. Главным образом, этот рост будет обусловлен появлением электромобилей и потребностью в стационарных аккумуляторных батареях.
Сегодня гибриды и электромобили стоят на пороге массовой коммерциализации. Предполагается, что к 2017 году мировой парк электромобилей достигнет 5,7 млн. штук, а в России электромобили будут составлять 5-10% автопарка. В связи с этим, по прогнозам экспертов, рынок литий-ионных батарей для электротранспорта увеличится более чем на 700%: с 2 млрд. долл. в 2013 году до 14.6 млрд. долл. к 2017 году. Средняя же стоимость самой литий-ионной батареи для электромобилей значительно упадет и будет составлять 523 долл. за кВт-ч. Основной спрос (около 50%) будет наблюдаться со стороны стран Азии (прежде всего Китая), а также Европы (25%) и США (21%).
На сегодняшний день в России производят небольшое количество литий-ионных аккумуляторов. В частности, завод «Лиотех» выпускает аккумуляторы различной номинальной емкости: 200, 300 и 700 Ам/ч с использованием экологичного наноструктурированного катодного материала литий-железо-фосфата (LiFeP04). Компании «НПО ССК (SSK group)» также занимается производством литиевых аккумуляторов. Одно из подразделений НПО ССК - компания SSK group LLC совместно с Индийской корпорацией

В работе [84] для понимания влияния Li, осуществлялись измерения электрохимических спектров (EIS) Рисунок 1.14 представляет EIS данные Li2FeSi(VC и Li^FeSiCVC, которые были измерены после 10 циклов и
0.2С. Каждый участок состоит из перехвата на высокой частоте, а затем полукруг в середине высоких частот и наклонные линии в низких частотах.

0 90 100 190 200 2SO
ZVohm
Рис. 1.14. Данные для Li2FeSi(VC и Li^FeSiCVC, после 10 циклов и
0,2 С [84]
Яма на оси Z в высокой частоте соответствует омическому сопротивлению (Re) электролита. Горб на оси в центре частоты связан с сопротивлением переноса заряда. Прямые в низкой частоте связаны с литий-ионной диффузией в Li2FeSi04.
Кроме того, Li,.95FeSi04/C имеют меньший заряд сопротивления и выше литий-ионный коэффициент диффузии, чем LiJeSiCVC. Это означает, что кинетика Li+ и перенос электронов в электродах будет намного быстрее в Li^FeSiCVC электродах, чем в Li2FeSi04/C. Таким образом, реакция сильнее в Lü.csFeSiCVC электродах, чем в Li2FeSi04/C. При сравнении профилей заряда/разряда LbFeSiOv'C и Li^FeSiOVC между 1,5 и 4,8 В в 0.2С можно увидеть, что оба образца показали подобные кривые заряда-разряда. Кроме того, разница между зарядом и разрядом у Li] gsFeSiCVC меньше, чем у Li2FeSi04/C. Чем меньше разность напряжений между зарядом и разрядом,
• LijFeSiO/C
* Ц.МЮ/С
Л**“1*».