Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее десятилетие XX века лидирующие позиции на мировом рынке портативных источников питания занимают литий-ионные аккумуляторы (ЛИА). Их применение позволяет существенно уменьшить габариты, массу и потребляемую мощность радиоэлектронной аппаратуры, повысив при этом ее функциональную насыщенность и обеспечив комфорт пользователю. Это подтверждает резкий рост мирового объема продаж ЛИА (рис. 1).
Принципиальное отличие литий-ионных аккумуляторов от традиционных заключается в том, что в процессе заряда-разряда не происходит превращение одних соединений в другие, а осуществляется интеркаляция-деинтеркаляция лития в кристаллическую решетку. Главное преимущество литий-ионных аккумуляторов заключается в высокой удельной энергии, по крайней мере, в три раза большей, чем у Ni-Cd аккумулятора. Основными недостатками ЛИА в настоящее время являются их высокая стоимость и малый диапазон рабочих температур.
Рис. 1. Мировой объем продаж малогабаритныхаккумуляторов.
Растущее использование литий-
ионных аккумуляторов требует
существенного продвижения в
исследовании новых активных материалов положительного электрода, в поиске возможностей модификации известных материалов с целью повышения их емкостных характеристик и снижения деградации при циклировании, а также в усовершенствовании электролитов.
В настоящее время в качестве материала положительного электрода ЛИА используют кобальтит лития и различные литий-марганцевые шпинели. Технология получения кобальтита лития в России мало изучена, поэтому изучение влияния технологий синтеза кобальтита лития на характеристики электродов на его основе является актуальной задачей. В тоже время кобальтит
&ИЫ1НОТЕКЛ f
СПелрАург в\і A
лития достаточно дорог, а электроды на основе стехиометрической литий-марганцевой шпинели характеризуются сильной деградацией при циклировании, поэтому исследование возможностей замены кобальтита лития на модифицированную литий-марганцевую шпинель также является актуальной задачей.
Цель работы.
Основными задачами работы было изучение влияния технологий синтеза кобальтита лития на характеристики электродов на его основе, а также изучение электрохимических свойств модифицированных литий-марганцевых шпинелей как материала положительного электрода литий-ионного аккумулятора.
Научная новизна работы.
Изучено влияние синтеза кобальтита лития из различных исходных прекурсоров на характеристики получаемого материала. Одна из особенностей этого синтеза заключалась в том, что кобальтит лития получали в укрупненном лабораторном масштабе - с разовым синтезом в количестве 1 кг.
Найден оптимальный состав допирования стехиометрической литий-марганцевой шпинели. Установлено, что замещение части атомов марганца в молекуле литий-марганцевой шпинели на кобальт, одновременно на кобальт и хром или на хром и никель приводит к уменьшению деградации емкостных характеристик шпинели при циклировании. Величина разрядной емкости сильно зависит от относительного количества замещаемого металла. Оптимальным является соотношение (Mn: М) = (195:5). При таком соотношении допированная шпинель показывает высокие разрядные характеристики и низкую деградацию при циклировании.
Практическая значимость.
Литий-ионные аккумуляторы являются одними из дорогих источников тока. Удешевление синтеза либо замена кобальтита лития на менее дорогой материал (например, модифицированную литий-марганцевую шпинель) может привести к уменьшению стоимости ЛИА на 50%. В результате исследований, определено оптимальное соотношение допирования стехиометрической литий-марганцевой шпинели Со, Ni, Cr- (Mn: М) = (195:5). Введение добавок в структуру шпинели в данной пропорции приводит к увеличению начальной
разрядной емкости, уменьшению деградации при циклировании, а также возможности стабильно циклироваться при пониженных температурах.
Апробация работы.
Основные результаты работы были представлены в качестве устных и стендовых докладов на VI Международной конференции «Литиевые источники тока» (Новочеркасск, 2000); на Л Международном симпозиуме "Приоритетные направления в развитии химических источников тока" (Плес, 20-24 сентября 2001); на VII Международной конференции «Фундаментальные проблемы преобразования энергии в литиевых электрохимических системах» (Саратов, 2002); на Международной конференции «53 Ежегодное совещание Международного электрохимического общества» (Дюссельдорф, Германия, 15-20 сентября, 2002); на Зсй Балтийской конференции по электрохимии, Гданьск-Собешево, Польша, 23-26 апреля, 2003; на Международной научно-практической конференции «Перспективные электрохимические системы для химических источников тока (ПЭС ХИТ - 2)», Киев, 17-19 сентября 2003 г; на Восьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (МЭИ, 28 февраля-1 марта 2002).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Объем и структура работы.
