Середньотемпературний синтез та електрохімічні властивості нанокомпозиту «C/LiFePO4» - катоду літій-іонного акумулятора
Procedures for the synthesis of «C/LiFePO4» nanocrystals, cathodic material for lithium ion battery, in LiNO3 and NaCl-KCl melts are proposed. It has been shown that powders with a mean particle size of 18 nm with olivine structure and carbon fragments on the surface are formed. An electrochemical t...
Saved in:
| Date: | 2014 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2014
|
| Online Access: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/547 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Surface |
| Download file: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291692448808960 |
|---|---|
| author | Potapenko, A. V. Tarasenko, Yu. O. Kartel, M. T. Panov, E. V. Potapenko, A. V. Halahuz, V. A. |
| author_facet | Potapenko, A. V. Tarasenko, Yu. O. Kartel, M. T. Panov, E. V. Potapenko, A. V. Halahuz, V. A. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "A. V. Potapenko",
"institution": "Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І.Вернадського НАН України"
},
{
"author": "Yu. O. Tarasenko",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "M. T. Kartel",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "E. V. Panov",
"institution": "Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І.Вернадського НАН України"
},
{
"author": "A. V. Potapenko",
"institution": "Міжвідомче відділення електрохімічної енергетики НАН України"
},
{
"author": "V. A. Halahuz",
"institution": "Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І.Вернадського НАН України"
}
] |
| author_sort | Potapenko, A. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:37:09Z |
| description | Procedures for the synthesis of «C/LiFePO4» nanocrystals, cathodic material for lithium ion battery, in LiNO3 and NaCl-KCl melts are proposed. It has been shown that powders with a mean particle size of 18 nm with olivine structure and carbon fragments on the surface are formed. An electrochemical testing of samples showed the following characteristics: electrode and charge-transfer resistance: 75 and 100 Ω, diffusion coefficient: 4×10-13 cm2/s, charging capacity: 140 mAh/g, at a current of 30 mА/g and 3.1V and 3.7 V peaks. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2014. Вып. 6(21). С. 184-192 184
УДК 544.6:544.72
СЕРЕДНЬОТЕМПЕРАТУРНИЙ СИНТЕЗ
ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
НАНОКОМПОЗИТУ «C/LiFePO4» - КАТОДУ ЛІТІЙ-
ІОННОГО АКУМУЛЯТОРА
О.В. Потапенко1, Ю.О Тарасенко2, М.Т. Картель2, Е.В. Панов1,
А.В. Потапенко3, В.А. Галагуз1
1Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І.Вернадського НАН України,
03680 Київ 142, просп. Палладіна 32/34;
2Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України,
вул. Генерала Наумова, 17, Київ, 03164, Україна;
3Міжвідомче відділення електрохімічної енергетики НАН України, 03142, Київ,
просп. Акад. Вернадського 38а
Запропоновані методики середньотемпературного синтезу в розплавах LiNO3 і NaCl-
KCl нанокристалів «C/LiFePO4» - катодного матеріалу для літій-іонного акумулятора.
Показано, що утворюються порошки з середнім розміром частинок ~18 нм зі структурою
олівіну та з фрагментами карбону на поверхні. Електрохімічне тестування зразків показало
наступні характеристики: опір електроду та переносу заряду 75 і 100 Ом, коефіцієнт дифузії
літію - 410-13 см2/с, зарядна ємність 140 мАгод/г при струмі 30 мА/г та піках напруги 3,1 і
3,7 В. Ключові слова: синтез у розплавах, літійферумфосфат, нанокомпозит, дифузія літію,
зарядна ємність.
Вступ
Матеріали на основі літійферумфосфату (LiFePO4) на сьогодні є одними з
кращих для катодів комерційних літій-іонних акумуляторів [1]. Однак при зарядці та
розрядці такого катода струмом високої густини залишаються проблеми через низькі
значення електронної провідності кристалів LiFePO4 і швидкості дифузії літію. Згідно з
даними літератури [2–8], застосовані для оптимізації функціональних властивостей
LiFePO4 підходи, базуються на зміні складу та структури кристалів LiFePO4 і не
усувають усіх проблем катода та суттєво ускладнюють технологію його отримання.
На основі аналізу робіт попередників нами були сформульовані [9] нові напрями
отримання ефективного катодного матеріалу: середньотемпературний синтез LiFePO4
нанометрових розмірів у кристалічній формі без застосування додаткової
термообробки; формування дефектної структури шляхом заміщення Fe2+ деякими d-
металами в катіонній підгратці LiFePO4 та створення в процесі кристалізації LiFePO4
нанокомпозита з високопровідним вуглеграфітом «C/LiFePO4». Як показали наші
дослідження [9], більшість цих задач можна розв’язати використанням
рідиннофазового синтезу катодного матеріалу в розплаві солей літію при 400–700 оС.
Як показано [9–11], більшість цих завдань можна розв'язати, використовуючи
рідиннофазовий синтез катодного матеріалу в розплаві неорганічних солей при
помірних температурах: запропоновані різні шляхи проведення процесу
середньотемпературного синтезу нанокристалічного LiFePO4. У першому з них
реалізований іонний обмін NH4+ прекурсору NH4FePO4 при 450 оС у розплаві LiNO3
(реакційне середовище) на Li+. Другий – включає дві стадії: утворення в розплаві
реакційно-активної частинки О2- для підвищення основності розплаву та взаємодію О2-
з аніоном P2O7
4- з метою утворення активної форми PO4
3-, яка бере участь в обмінній
реакції з розплавом. У третьому використовується безпосередня взаємодія прекурсорів
185
(Li2CO3, NH4H2PO4, FeC2O4, NH4FePO4, LiCl, FePO4) у розплавах LiNO3 при 450 оС і
KCl-NaCl при 650–700 оС.
Рідиннофазовий синтез у сольових розплавах має ряд принципових відмінностей
[9–11] у порівнянні з відомими способами, що використовуються у виробництві
комерційного LiFePO4 („золь-гель”-метод і осадження у водному розчині з подальшою
термообробкою, твердофазний синтез при 800–1200 оС та ін.). У випадку з розплавами
це: м'які умови синтезу, висока розчинність прекурсорів Li, Fe, Р, можливість
утворення зон локального пересичення, які сприяють осадженню нанокристалів
LiFePO4. Високі швидкості транспортних стадій та реакцій взаємодії прекурсорів Li, Fe,
Р у розплаві перешкоджають утворенню великих кристалів у реакційному середовищі,
сприяють гомогенності LiFePO4 за складом і монодисперсністю, а низька розчинність
LiFePO4 в розплаві забезпечує високий вихід LiFePO4. При цьому в процесі синтезу
одночасно відбуваються осадження LiFePO4, його кристалізація та карбонізація на
нанокристалах LiFePO4 карбонвмісного прекурсора. Останній необхідний для
отримання нанокомпозиту «С/LiFePO4» і підбирається за близькістю його температури
карбонізації та температури синтезу LiFePO4. Реакційним середовищем у нашому
випадку були нітратні та хлоридні розплави, в які вводяться прекурсори Li, Fe і Р, а
також карбонвмісні добавки (сахароза, глюкоза, високомолекулярні спирти).
Застосовували два прийоми для формування карбонвмісних нанокомпозитів
«С/LiFePO4»: додавання до катодного матеріалу дисперсного вуглецю (carbon black),
або осадження вуглецевого покриття на зернах LiFePO4 шляхом піролізу в розплаві
карбонвмісних прекурсорів (сахароза, глюкоза, аскорбінова кислота та ін.). Для
отримання форм «С/LiMxFe1-xPO4» (заміщення в катіонній підгратці Fe2+ іонами Cr,
Mn, Со та ін. в кількості 1-3 % ат.) використовували ту ж схему синтезу; при цьому як
прекурсори допанта застосовували оксигенвмісні сполуки зазначених металів.
На циклічних вольтамперограмах для катоду на основі LiFePO4 помітні гострі
піки при потенціалах 3,5 і –3,35 В. Це свідчить, що інтеркаляція/деінтеркаляція літію в
синтезований катодний матеріал відбувається в оборотних умовах у вузькому інтервалі
потенціалів, тобто в отриманому матеріалі створені сприятливі умови для електродних
процесів за участі літію. З розрядних характеристик цього катода в області напруг 2,5–
4,0 В отримана розрядна ємність близько 130 мАгод/ г при струмі 3 С. Широке плато
розряду при 3,3 В свідчить про наявність двофазної реакції між LiFePO4 і FePO4.
Отримані дані свідчать, що синтезований в сольових розплавах матеріал перевершує за
функціональними властивостями (кінетика цикліювання, оборотність реакції) відомі
матеріали.
Отримані характеристики «С/LiMxFe1-xPO4»–катодів обумовлені тим, що
заміщення в катіонній підгратці нанокристалів LiFePO4 частини заліза, наприклад на
хром, приводить (за [1, 8]) до формування структурних дефектів, які полегшують
дифузію літію в катодному матеріалі. Це прискорює процеси
інтеркаляції/деінтеркаляції літію в фосфаті заліза, а на циклічних вольтамперограмах
проявляється у вигляді високих катодних і анодних піків, які характеризують процеси
інтеркаляції/деінтеркаляції як оборотні.
Мета цієї роботи – вивчення особливостей запропонованих рідиннофазових
методів синтезу LiFePO4 і композита С/LiFePO4, характеризація продуктів синтезу та
тестування катодів на основі отриманих матеріалів.
Експериментальна частина
Для синтезу LiFePO4 та композитів «C/LiFePO4» використовували солі
NH4H2PO4, NH4FePO4, LiNO32H2O, LiCl, Li2СО3, FeC2O42H2O, FePO4, KCl, NaCl та
сахарозу, глюкозу, фруктозу марок «ч.д.а.» та «х.ч.». Синтези проводили у
186
герметичному вакуумованому кварцовому реакторі з контрольованим інертним
середовищем (аргон або аргон +5% Н2). Реактор міститься в електричній пічці фірми
“Kарболіт” з програмованим режимом нагрівання та охолодження (КУП БАЙТ ТРП 08-
ТП7). У реакторі наплавляли солі нітратів (або хлоридів) і вносили прекурсори заліза,
фосфору та вуглецьвмісних сполук. Розплав витримували при 400 оС (нітрати) або 600
оС (хлориди) протягом 6 год і розчиняли у дистильованій воді. Отриманий осад
відмивали від солей шляхом декантації, виділяли з розчину центрифугуванням,
висушували при 120 оС 2 год, після чого використовували для дослідження фізико-
хімічних властивостей порошків та виготовлення катодної маси.
Для вивчення взаємодії прекурсорів при утворенні літійованих фосфатів
застосовували деріватографію. Для характеризації продуктів синтезу (порошків
фосфатів) використовували хімічний аналіз зразків, рентгенофазовий аналіз (ДРОН-
3М), для елементного дослідження використовували модуль типу JED 2300
електронного мікроскопу «JEOL JSM – 6060 LA»; цей самий мікроскоп
використовували і для вивчення морфології порошків. Вольтамперометрія та
імпедансні виміри виконані з використанням потенціостатів «IPC Compact» та
«Autolab-30 PGSTAT302N» з модулем FRA (Frequency Response Analyzer). Швидкість
сканування потенціалу становить 0,1 та 0,2 мВ/с. Спектри електрохімічного імпедансу
електрода «C/LiFePO4» вивчали у частотному діапазоні 10-3 – 106 Гц. Керування
модулем FRA виконували за допомогою програми «Autolab 4.9» при амплітуді змінної
напруги на комірці 5 мВ і наступною обробкою даних у пакеті «Zview 2.0».
Для отримання плівкових катодів на диск з алюмінієвої фольги (або
неіржавіючої сталі) завтовшки 100 мкм наносили катодну масу наступного складу:
80% активної речовини (літійований фосфат заліза) : 10% ацетиленової сажі (у разі
відсутності органічних добавок): 10% PVDF (poly-1,1-difluoroethylene) .у 1-метил-2-
піролідоні. Електроди сушили у вакуумі при 120 – 140 оС впродовж 5–6 год. Анод –
металічний літій, напресований на диск з мідної сітки. Операцію збирання комірки
проводили у сухому боксі. Як електроліт використовували 1М розчин LiВF4 в ЕС:ДМC
(1:1), або пропіленкарбонаті, а також 0,6 М розчин біс(оксалато)борату літію (LiВОВ) в
еквімолярній суміші етиленкарбонату (EC) та диметилкарбонату (ДMC). Потенціали
катода наведено відносно Li+/Li0 – електрода у цьому ж електроліті. Коефіцієнти
дифузії іонів літію (DLi) розраховували з циклічних вольтамперограм (ЦВА), а також за
даними імпедансу Варбурга.
Попереднє дослідження властивостей прекурсорів карбону, необхідних для
отримання композита «C/LiFePO4», показало, що найбільш прийнятними є сахароза,
глюкоза та фруктоза. Оскільки формування нанокомпозитів «C/LiFePO4» відбувається в
процесі синтезу, то необхідно, щоб температури плавлення і карбонізації цих речовин
були близькими до температури синтезу LiFePO4. Тільки при цих умовах на кристалах
може утворитися плівка розплавленого прекурсора, яка буде формувати вуглецеве
покриття. З цих міркувань оптимальною є сахароза, температури плавлення і
карбонізації якої близькі до 250 і 450 оС відповідно.
Результати та їх обговорення
Згідно з рентгенівською дифрактограмою (рис.1), синтезований продукт–
кристали зі структурою олівіну (при 2θ 20.7, 25.5, 29.7, 35.5) з малими домішками фаз
Li2P2O7 і Fe2P; рефлекси уширені, що дозволяє (по формулі Шерера) обчислити
середній розмір (18 нм) частинок порошку. Помітні також агрегати з середніми
розмірами ~1 мкм (див. SEM-зображення, рис.2).
187
Рис. 1. Дифрактограма синтезованого
зразка «C/LiFePO4» (СuK-
випромінювання).
На SEM-зображенні (рис.2) показана морфологія синтезованих порошків
«C/LiFePO4». У процесі синтезу формуються фрактальні структури, які сприяють
прискоренню поверхневих реакцій. Аналіз даних за допомогою модуля JED 2300 JSM-
6060 свідчить про досить рівномірний розподіл феруму та карбону в зерні
синтезованого порошку LiFePO4.
а б
Рис. 2. SEM-зображення синтезованого зразка нанокомпозита «C/LiFePO4»: агломерат
(а), загальний вигляд порошку (б).
Згідно з даними графіка (рис. 3, б), елементний склад виділеного фрагмента
синтезованого зразка (рис.3, а) становить: С 19,07 % ат., О 34,61 % ат., Р 17,27 % ат., Fe
29,05% ат.
Рис. 3. SEM-зображення (а) та EDX-спектр (модуль JED-2300) виділеного фрагмента
синтезованого зразка нанокомпозита «C/LiFePO4».
188
Дещо завищений вміст вуглецю у зразку (порівняно із заданим) обумовлений
його додатковим утворенням при термічному розкладанні прекурсору FeC2O4.
Електрохімічне тестування синтезованого катодного матеріалу показало, що
вуглецева фаза, яка утворюється при карбонізації сахарози в сольовому розплаві,
близька за електропровідностю до вуглеграфіту і суттєво підвищує електронну
провідність композита. Такий висновок можна зробити з аналізу заряд-розрядних
характеристик і вольтамперограм досліджуваного катода.
Рис. 4. Стаціонарні заряд-розрядні характеристики електрода «C/LiFePO4» у 0,6 М
розчині LiBOB у суміші ЕС:ДМС (1:1).
Цикліювання композита «C/LiFePO4» проводили в області потенціалів 2,2–4,2 В
(рис.4). На заряд-розрядній кривій спостерігається плато в області потенціалів 3,4 – 3,5
В, що відповідає за інтеркаляцію/деінтеркаляцію літію в структурі олівіну. Питома
ємність LiFePO4 при густині струму 30 мА/г становить 142 мА·ч/г, що менше
очікуваного результату. Це може бути пов’язане з присутністю іонів Fe3+ у композиті,
наявність яких призводить до зменшення питомої ємності зразка. Зростання густини
розрядного струму від 30 мА/г до 920 мА/г призводить до зниження питомої ємності з
120 до 60 мА·год./г.
Циклічні вольтамперограми зразка «C/LiFePO4» у залежності від швидкості
розгортки потенціалу представлені на рис.5. Потенціали піків струму ір на ЦВА близькі
до величин, отриманих для подібних електродів іншими авторами [12,13].
Рис. 5. Вольтамперограми електрода
«C/LiFePO4» у 0,6 М розчині
LiBOB у суміші ЕС:ДМС (1:1).
Швидкість розгортки потенціалу υ:
0,1 (1); 0,2 (2); 0,4 (3); 0,6 (4); 0,8
(5) та 1,2 (6) мВ/с.
Метод ЦВА (циклічної вольтамперометрії) дає можливість визначити кінетичні
параметри реакцій за участю електроактивних частинок з виду залежностей ip та (E–E0)
від швидкості розгортки потенціалу υ (рис. 6, 7). Лінійна залежність густини струму
189
піка (ip) на ЦВА-кривих від кореня квадратного зі швидкості розгортки потенціалу (υ)
(рис.6) дає можливість розрахувати коефіцієнт дифузії літію (D) для зворотного
процесу.
0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5 2
, (В/с)1/2
i
р
, А/см
2
1
Рис. 6. Залежність густини струму в піку ip вольтамперограми електрода «С/LiFePO4» в
0,6 М розчині LiBOB у суміші ЕС:ДМС (1:1) від швидкості розгортки υ
потенціалу катодного (1) та анодного (2) процесів.
Рівняння для розрахунку коефіцієнта дифузії літію DLi в інтеркальованих
електродах має вигляд [14]:
, , (*)
де α – коефіцієнт переносу заряду, n – число електронів, ΔС – початкова концентрація
вакантних місць в інтеркалаті для катодного процесу (при анодному струмі ΔС –
вихідна концентрація літію в інтеркалаті), А – видима площа електрода. Усереднений
коефіцієнт переносу заряду (α) для композита «С/LiFePO4» складає 0,11 і (згідно [14])
отриманий з нахилу залежності (E – E0) – log υ (рис.7).
-4,0 -3,8 -3,6 -3,4 -3,2 -3,0
150
200
250
300
350
400
log
E - E
0
, мВ
Рис. 7. Залежність (Ep – E0) від log υ для електрода «С/LiFePO4» в 0,6 М розчині LiBOB
у суміші ЕС:ДМС (1:1).
Вираз (*) справедливий для оцінки значення коефіцієнта дифузії
одноелектронного процесу при 25 0С. Розраховане за цим рівнянням значення
усередненого коефіцієнта дифузії літію в «С/LiFePO4» складає 1,94·10-13 см2/с у
катодному та 3,87·10-13 см2/с – в анодному процесах відповідно, що узгоджується з
даними [15].
2/12/12/15 )(1099,2 Lip DCAni
190
Годографу імпедансу для «С/LiFePO4»-електродів у зарядженому та
розрядженому станах, наведеному на рис. 8, відповідає електрична еквівалентна схема
(рис.8, врізка) де: Rb – сумарний опір електроліту, електрода та сепаратора, RSEI,
CPESEI – складові імпедансу Фарадея міжфазної межі «електрод/електроліт», CPEdl –
ємність подвійного шару, Rct – опір переносу заряду через межу фаз, W – імпеданс
Варбурга, який характеризує перенос Li+ через катодний матеріал.
Рис. 8. Годограф імпедансу «С/ Li1-хFePO4»-електроду в 0,6 М розчині LiBOB у суміші
ЕС:ДМС (1:1) у розрядженому x=0,95 (1) та зарядженому x=0,47 (2) станах і
його еквівалентна схема (врізка).
У високочастотному діапазоні вимірювань в обох випадках спостерігається
класичне півколо, яке відповідає за перенос заряду в електродній реакції (Rct).
Початкове значення активної складової омічного опору (Rb) в області частот 1·106 –
1·105 Гц відповідає опору електроліту в комірці, а також опору катодного матеріалу і в
обох випадках становить 75,8 Ом. Радіус кола годографа 2 (рис.8, крива 2) значно
більший, ніж годографа 1. Збільшення Rct при переході від розрядженого стану до
зарядженого пов’язане зі зменшенням кількості Li+ у структурі LiFePO4. Тому Rct
складає 174 Ом – для зарядженого і 104 Ом – для розрядженого станів електрода
відповідно. Годограф у низькочастотній області вимірювань (1 – 1·10-3 Гц) відповідає
за імпеданс Варбурга і характеризує дифузію у структурі LiFePO4. Коефіцієнт дифузії
DLi літію в композиті «С/LiFePO4», знайдений з активної складової імпедансу Варбурга,
за порядком величини співпадає з розрахованим за графіком на рис.6 (рівняння (1)).
Підсумки роботи
Розроблені нові методики середньотемпературного (450 і 650 –700 оС) синтезу
порошків композита з «вуглеграфіт/літійферумфосфат». У методиці з розплавом солей
літію реалізовано синтез кристалів «C/LiFePO4» з одночасним формуванням на їхній
поверхні вуглецевої фази за рахунок карбонізації вуглецьвмісних прекурсорів (ВП)
(цукроза, фруктоза, глюкоза). У другій – порошки отримано взаємодією карбонату
літію, фосфату амонію, цитрату заліза і ВП. Досліджено механізм взаємодії
прекурсорів і встановлені температури карбонізації ВП. Вивчено елементний, фазовий
склад і морфологію синтезованих порошків «C/LiFePO4». Показані їхні переваги перед
катодним матеріалом, який отримано змішуванням порошків LiFePO4 та ацетиленової
сажі. Із синтезованих порошків виготовлено плівкові катоди, які протестовані методами
циклічної вольтамперометрії, заряд-розрядних характеристик, а також імпедансної
спектроскопії. Показано, що катоди мають низький опір (>75 Ом), їм притаманні
191
швидка (опір переносу заряду ~ 100 Ом) кінетика інтеркаляції/деінтеркаляції літію у
«С/LiFePO4» при потенціалах відповідно 3,1 і 3,7 В і коефіцієнт дифузії літію 410-13
см2/с, стабільна ємність 140 мАгод/г при струмі 30 мА/г.
Література
1. Fergus J. W. Recent developments in cathode materials for lithium ion
batteries // J. Power Sources. 2010. – V.195. – Р. 939–954.
2. Bo Jin, Hal-Bon Gu. Preparation and characterization of LiFePO4 cathode materials by
hydrothermal method // Solid State Ionics. 2008. V.178. P. 1907–1914.
3. Cheng-Zhang Lu, George Ting-Kuo Fey, Hsien-Ming Kao. Study of LiFePO4 cathode
materials coated with high surface area carbon // J. Power
Sources. 2009. V.189. P. 155–162.
4. Morphology and electrical properties of carbon coated LiFePO4 cathode materials/ Bing
Zhao [and others] // J. Power Sources. 2009. V.189. P. 462–466.
5. Fei Gao, Zhiyuan Tang. Kinetic behavior of LiFePO4/C cathode material for lithium-ion
batteries // Electrochimica Acta. 2008. V.53. P. 5071–5075.
6. Long-term cyclability of LiFePO4/carbon composite cathode material for lithium-ion
battery applications / Jing Liu [and others] // Electrochimica Acta 2009. V. 54. –
P. 5656–5659.
7. Structure optimization and the structural factors for the discharge rate performance of
LiFePO4/C cathode materials/ Mingxia Gao [and others] // Electrochimica
Acta 2010. V. 65. P. 8043–8050.
8. Synthesis and electrochemical properties of multi-doped LiFePO4/C prepared from the
steel slag / Z.J. Wu [and others] // J. Power Sources. 2010. 195. P. 28882893.
9. Электрохимические свойства проводящих структур фосфатов подгруппы железа /
Э.В.Панов, С.М. Малеваный, Ю.А. Тарасенко, Н.Т. Картель // Вопросы химии и
химической технологии. 2011. T. 2. №4. С. 111–115.
10. Синтез и свойства катодного материала – литированного фосфата железа – для
литий-ионных аккумуляторов / Э.В. Панов, С.М. Малеваный, Ю.А. Тарасенко,
Н.Т. Картель // Вісник Харківського національного університету. Хімія. – 2012. –
Вип. 21 (44). – № 1026. – С. 9–16.
11. Литированные фосфаты железа и некоторых d-металлов: синтез в расплавах,
физико-химические и электродные свойства / С.М. Малёваный, Э.В. Панов, Ю.А.
Тарасенко, Н.Т. Картель // Поверхность. – 2013. – Вып. 5(20). – С. 144–154.
12. G.T.K.Fey, T.L.Lu, F.Y.Wu. Carboxylic acid-assisted solid-state synthesis of LiFePO4/C
composites and their electrochemical properties as cathode materials for lithium-ion
batteries. // Journal of Solid State Electrochemistry – 2008– Vol. 12 – P. 825 – 833.
13. Kinetic analysis on LiFePO4 thin films by CV, GITT, and EIS / Kun Tang, Xiqian Yu,
Jinpeng Sun, Hong Li, Xuejie Huang // Electrochimica Acta. – 2011 – Vol. 56 – №13 –
P. 4869-4875.
14. Zhao D., Feng Y-L., Wang Y-G, Xia Y-Y. Electrochemical performance comparison of
LiFePO4 supported by various carbon materials // Elecrtochimica Acta. 2013. – V. 88. –
P. 632-638.
15. Tang K., Yu X., Sun J., Li H., Huang X. Kinetic analysis on LiFePO4 thin films by CV,
GITT, and EIS // Elecrtochimica Acta. 2011 – V. 56. – №13. – P. 4869-4875.
192
СРЕДНЕТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
НАНОКОМПОЗИТОВ «C/LiFePO4» -КАТОДА ЛИТИЙ-ИОННОГО
АККУМУЛЯТОРА
А.В. Потапенко1, Ю.А. Тарасенко2, М.Т. Картель2, Э.В. Панов1,
А.В. Потапенко3, В.А. Галагуз1
1Институт общей и неорганической химии им. В.И.Вернадского НАН Украины, 03680
Киев - 142, просп. Палладина 32/34;
2Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины,
ул. Генерала Наумова, 17, Киев, 03164, Украина;
3Межведомственное отделение электрохимической энергетики НАН Украины, Киев,
просп. Акад. Вернадского 38а.
Предложены методики среднетемпературного синтеза в расплавах LiNO3 и
NaCl-KCl нанокристаллов «C/LiFePO4»-катодного материала для литий-ионного
аккумулятора. Показано, что образуются порошки со средним размером частиц ~18
нм со структурой оливина и с фрагментами карбона на поверхности.
Электрохимическое тестирование образцов показало следующие характеристики:
сопротивление электрода и переноса заряда 75 и 100 Ом, коэффициент диффузии
лития - 410-13 см2/с, зарядная емкость 140 мАч/г при токе 30 мА/г и пиках
напряжения 3,1 и 3,7 В.
MIDLE-THERMAL SYNTHESIS AND ELECTOCHEMICAL PROPERTIES OF
THE «C/LiFePO4» - NANOCOMPOSITES AS A CATHODE OF THE LI-ION BATTERY
A.V. Potapenko1, Yu.O. Tarasenko2, M.T. Kartel2, E.V. Panov1,
A.V. Potapenko3, V.A. Halahuz1
1V.I. Vernadsky Institute of general and inorganic chemistry of Ukraine,
03142-Kiev prospekt Akademika Palladina 32/34, Ukraine
2Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine,
17 General Naumov Str. Kyiv, 03164, Ukraine
3Inter-agency department of electrochemical energetics NAS of Ukraine
Procedures for the synthesis of «C/LiFePO4» nanocrystals, cathodic material for
lithium ion battery, in LiNO3 and NaCl-KCl melts are proposed. It has been shown that
powders with a mean particle size of 18 nm with olivine structure and carbon fragments on
the surface are formed. An electrochemical testing of samples showed the following
characteristics: electrode and charge-transfer resistance: 75 and 100 Ω, diffusion coefficient:
410-13 cm2/s, charging capacity: 140 mAh/g, at a current of 30 mА/g and 3.1V and 3.7 V
peaks.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-547 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-22T19:33:59Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/9d/49c59f37fcfee5311e60c9f179edc89d.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5472018-11-27T09:37:09Z Midle-thermal synthesis and electochemical properties of the «C/LiFePO4» - nanocomposites as a cathode of the Li-ion battery Среднетемпературный синтез и электрохимические свойства нанокомпозитов «C/LiFePO4» -катода литий-ионного аккумулятора Середньотемпературний синтез та електрохімічні властивості нанокомпозиту «C/LiFePO4» - катоду літій-іонного акумулятора Potapenko, A. V. Tarasenko, Yu. O. Kartel, M. T. Panov, E. V. Potapenko, A. V. Halahuz, V. A. Procedures for the synthesis of «C/LiFePO4» nanocrystals, cathodic material for lithium ion battery, in LiNO3 and NaCl-KCl melts are proposed. It has been shown that powders with a mean particle size of 18 nm with olivine structure and carbon fragments on the surface are formed. An electrochemical testing of samples showed the following characteristics: electrode and charge-transfer resistance: 75 and 100 Ω, diffusion coefficient: 4×10-13 cm2/s, charging capacity: 140 mAh/g, at a current of 30 mА/g and 3.1V and 3.7 V peaks. Предложены методики среднетемпературного синтеза в расплавах LiNO3 и NaCl-KCl нанокристаллов «C/LiFePO4»-катодного материала для литий-ионного аккумулятора. Показано, что образуются порошки со средним размером частиц ~18 нм со структурой оливина и с фрагментами карбона на поверхности. Электрохимическое тестирование образцов показало следующие характеристики: сопротивление электрода и переноса заряда 75 и 100 Ом, коэффициент диффузии лития - 4×10-13 см2/с, зарядная емкость 140 мА×ч/г  при токе 30 мА/г и пиках напряжения 3,1 и 3,7 В. Запропоновані методики середньотемпературного синтезу в розплавах LiNO3  і NaCl-KCl нанокристалів «C/LiFePO4» - катодного матеріалу для літій-іонного акумулятора. Показано, що утворюються порошки з середнім розміром частинок ~18 нм зі структурою олівіну та з фрагментами карбону на поверхні. Електрохімічне тестування зразків показало наступні характеристики: опір електроду та переносу заряду 75 і 100 Ом, коефіцієнт дифузії літію - 4×10-13 см2/с, зарядна ємність 140 мА×год/г при струмі 30 мА/г та піках напруги 3,1 і 3,7 В. Ключові слова: синтез у розплавах, літійферумфосфат, нанокомпозит, дифузія літію, зарядна ємність. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2014-09-07 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/547 Surface; No. 6(21) (2014): Surface; 184-192 Поверхность; № 6(21) (2014): Поверхность; 184-192 Поверхня; № 6(21) (2014): Поверхня; 184-192 3154-8091 3154-8083 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/547/547 Авторське право (c) 2014 A.V. Potapenko, Yu.O. Tarasenko, M.T. Kartel, E.V. Panov, A.V. Potapenko, V.A. Halahuz |
| spellingShingle | Potapenko, A. V. Tarasenko, Yu. O. Kartel, M. T. Panov, E. V. Potapenko, A. V. Halahuz, V. A. Середньотемпературний синтез та електрохімічні властивості нанокомпозиту «C/LiFePO4» - катоду літій-іонного акумулятора |
| title | Середньотемпературний синтез та електрохімічні властивості нанокомпозиту «C/LiFePO4» - катоду літій-іонного акумулятора |
| title_alt | Midle-thermal synthesis and electochemical properties of the «C/LiFePO4» - nanocomposites as a cathode of the Li-ion battery Среднетемпературный синтез и электрохимические свойства нанокомпозитов «C/LiFePO4» -катода литий-ионного аккумулятора |
| title_full | Середньотемпературний синтез та електрохімічні властивості нанокомпозиту «C/LiFePO4» - катоду літій-іонного акумулятора |
| title_fullStr | Середньотемпературний синтез та електрохімічні властивості нанокомпозиту «C/LiFePO4» - катоду літій-іонного акумулятора |
| title_full_unstemmed | Середньотемпературний синтез та електрохімічні властивості нанокомпозиту «C/LiFePO4» - катоду літій-іонного акумулятора |
| title_short | Середньотемпературний синтез та електрохімічні властивості нанокомпозиту «C/LiFePO4» - катоду літій-іонного акумулятора |
| title_sort | середньотемпературний синтез та електрохімічні властивості нанокомпозиту «c/lifepo4» - катоду літій-іонного акумулятора |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/547 |
| work_keys_str_mv | AT potapenkoav midlethermalsynthesisandelectochemicalpropertiesoftheclifepo4nanocompositesasacathodeoftheliionbattery AT tarasenkoyuo midlethermalsynthesisandelectochemicalpropertiesoftheclifepo4nanocompositesasacathodeoftheliionbattery AT kartelmt midlethermalsynthesisandelectochemicalpropertiesoftheclifepo4nanocompositesasacathodeoftheliionbattery AT panovev midlethermalsynthesisandelectochemicalpropertiesoftheclifepo4nanocompositesasacathodeoftheliionbattery AT potapenkoav midlethermalsynthesisandelectochemicalpropertiesoftheclifepo4nanocompositesasacathodeoftheliionbattery AT halahuzva midlethermalsynthesisandelectochemicalpropertiesoftheclifepo4nanocompositesasacathodeoftheliionbattery AT potapenkoav srednetemperaturnyjsinteziélektrohimičeskiesvojstvananokompozitovclifepo4katodalitijionnogoakkumulâtora AT tarasenkoyuo srednetemperaturnyjsinteziélektrohimičeskiesvojstvananokompozitovclifepo4katodalitijionnogoakkumulâtora AT kartelmt srednetemperaturnyjsinteziélektrohimičeskiesvojstvananokompozitovclifepo4katodalitijionnogoakkumulâtora AT panovev srednetemperaturnyjsinteziélektrohimičeskiesvojstvananokompozitovclifepo4katodalitijionnogoakkumulâtora AT potapenkoav srednetemperaturnyjsinteziélektrohimičeskiesvojstvananokompozitovclifepo4katodalitijionnogoakkumulâtora AT halahuzva srednetemperaturnyjsinteziélektrohimičeskiesvojstvananokompozitovclifepo4katodalitijionnogoakkumulâtora AT potapenkoav serednʹotemperaturnijsinteztaelektrohímíčnívlastivostínanokompozituclifepo4katodulítíjíonnogoakumulâtora AT tarasenkoyuo serednʹotemperaturnijsinteztaelektrohímíčnívlastivostínanokompozituclifepo4katodulítíjíonnogoakumulâtora AT kartelmt serednʹotemperaturnijsinteztaelektrohímíčnívlastivostínanokompozituclifepo4katodulítíjíonnogoakumulâtora AT panovev serednʹotemperaturnijsinteztaelektrohímíčnívlastivostínanokompozituclifepo4katodulítíjíonnogoakumulâtora AT potapenkoav serednʹotemperaturnijsinteztaelektrohímíčnívlastivostínanokompozituclifepo4katodulítíjíonnogoakumulâtora AT halahuzva serednʹotemperaturnijsinteztaelektrohímíčnívlastivostínanokompozituclifepo4katodulítíjíonnogoakumulâtora |