Для цитирования:
Гусева Е. С., Попова С. С., Францев Р. К. Перспективные композиционные материалы для катодов литий-ионных аккумуляторов на основе модифицированнных фуллеренами и фторид-ионами оксидов переходных металлов и РЗЭ // Электрохимическая энергетика. 2018. Т. 18, вып. 4. С. 161-?. DOI: 10.18500/1608-4039-2018-18-4-161-191, EDN: MSRUBP
Перспективные композиционные материалы для катодов литий-ионных аккумуляторов на основе модифицированнных фуллеренами и фторид-ионами оксидов переходных металлов и РЗЭ
Представлен обзор катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов, проведён анализ преимуществ и рассмотрены перспективы применения катодных материалов на основе литированных оксидов переходных металлов. Предложен способ улучшения электрохимических показателей и стабильности оксида марганца (IV), в основе которого лежит принцип гетеровалентного модифицирования ионами высокоотрицательных элементов – лантаноидов. Отмечена эффективность использования фуллерена, фторида лития, галогенпроизводных фуллеренов в качестве модифицирующей добавки в катодные материалы на основе MnO2.
1. Гнеденков С. В., Синебрюхов С. Л., Цветников А. К., Опра Д. П., Сергиенко В. И. Перспективные катодные материалы на основе новых фторуглеродных соединений // Вестн. ДВО РАН. 2010. № 5. С. 5–11.
2. Aurbach D., Markovsky B., Salitra G., Markevich E., Talyossef Y., Koltypin M., Nazar L., Ellis B., Kovacheva D. Review on electrode-electrolyte solution interactions, related to cathode materials for Li-ion batteries // J. Power Sources. 2007. Vol. 165. P. 491–499.
3. Yuan X., Liu H., Zhang J. Lithium-ion Batteries: Advanced Materials and Technologies. New York: CRC Press, 2011. 414 p.
4. Armstrong A. R., Paterson A. J., Robertson A. D., Bruce P. G. Nonstoichiometric Layered LixMnyO2 with a High Capacity for Lithium Intercalation / Deintercalation // Chem. Mater. 2002. Vol. 14, iss. 2. P. 710–719.
5. Кедринский И. А., Яковлев В. Г. Li-ионные аккумуляторы. Красноярск: Платина, 2002. 268 c.
6. Качибая Э. И., Имнадзе Р. А., Паикидзе Т. В., Карсеева Е. И., Коровин Н. В., Кулова Т. Л., Скундин А. М. Структура и электрохимические свойства допированных кобальтом литий-марганцевых шпинелей для перезаряжаемых литиевых источников токаю // Электрохимическая энергетика. 2002. Т. 2, № 1. С. 12–17.
7. Кулова Т. Л., Карсеева Е. И., Скундин А. М., Лапин Н. В., Дьянкова Н. Я. Сравнительное изучение синтеза и электрохимических свойств литированного оксида кобальта из разлчных исходных компонентов. Сообщение 2. Электрохимические свойств кобальтита лития, синтезированного из оксида кобальта и гидроксида лития // Электрохимическая энергетика. 2003. Т. 3, № 4. С. 169–173.
8. Кулова Т. Л., Карсеева Е. И., Скундин А. М., Качибая Э. И., Имнадзе Р. А., Паикидзе Т. В. Структура и электрохимическое поведение литий-марганцевых шпинелей, допированных хромом и никелем // Электрохимия. 2004. Т. 40, № 5. С. 558–564.
9. Карсеева Е. И., Комарова О. В., Коровин Н. В., Кулова Т. Л., Скундин А. М. Исследование циклируемости положительного электрода литий-ионного аккумулятора в разных электролитах // Тез. докл. Восьмой междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов МЭИ. М.: МЭИ, 2002. С. 71–72.
10. Вовчук В. Е., Митькин В. Н., Галицкий А. А., Кузовников А. М. Разработка усовершенствованных методов неразрушающей диагностики промышленных и опытных литиевых источников тока // Электрохимическая энергетика. 2007. Т. 7, № 2. С. 103–114.
11. Коровин Н. В., Скундин А. М. Химические источники тока. М.: МЭИ, 2003. 740 с.
12. Куренкова М. Ю. Влияние конструкционно-технологических параметров на разрядные характеристики литиевых элементов: дис. … канд. техн. наук. Саратов, 2005. 147 с.
13. Францев Р. К., Попова С. С., Комаров А. В. Исследование механизма твердофазного электрохимического восстановления марганца (IV) при интеркалировании лантана и лития в структуру MnO2-электрода // Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей: материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Кострома: Изд-во КГУ им. Н. А. Некрасова, 2010. С. 37–42.
14. Wieser M. E., Holden N., Bohlke J. K. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. 2013. Vol. 85, № 5. P. 1047–1078.
15. Kapteijn F., Singoredjo L., Andreini A., Moulijn J. A. Activity and selectivity of pure manganese oxides in the selective catalytic reduction of nitric oxide with ammonia // Applied Catalysis B: Environmental. 1994. Vol. 3. P. 173–189.
16. Ильин А. А., Курочкин В. Ю., Ильин А. П., Смирнов Н. Н. Механохимический синтез и каталитические свойства ферритов свинца, меди и марганца // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2007. Т. 50, № 5. С. 76–81.
17. Цырульников П. Г., Сальников В. С., Дроздов В. А., Стукен С. А., Бубнов А. В., Григоров Е. И., Калинкин А. В., Зайковский В. И. Исследование термоактивации алюмомарганцевых катализаторов полного окисления // Кинетика и катализ. 1991. Т. 32, № 2. С. 439–446.
18. Келлерман Д. Г., Горшков В. С. Структура, свойства и применение литий-марганцевых шпинелей // Электрохимия. 2001. Т. 37, № 12. C. 1413–1423.
19. Ohzuku T., Ariyoshi K., Takeda S., Sakai Y. Synthesis and characterization of 5 V insertion material of Li[FeyMn2 ? y]O4 for lithium-ion batteries // Electrochim. Acta. 2001. Vol. 46. P. 2327–2336.
20. Tae-Joon K., Dongyeon S., Jaephil C., Byungwoo P. Enhancement of the electrochemical properties of o-LiMnO2 cathodes at elevated temperature by lithium and fluorine additions // J. Power Sources. 2006. Vol. 154. P. 268–272.
21. Amaral F. A., Bocchi N., Brocenschi R. F., Biaggio S. R. Structural and electrochemical properties of the doped spinels Li1.05M0.02Mn1.98O3.98N0.02 (M = Ga3+, Al3+, or Co3+; N = S2? or F?) for use as cathode material in lithium batteries // J. Power Sources. 2010. Vol. 195. P. 3293–3299.
22. Корольков Д. В. Электронное строение и свойства соединений непереходных элементов. СПб.: Химия, 1992. 312 с.
23. Фотиев А. А., Слободин Б. В., Ходос М. Я. Ванадаты. Состав, синтез, структура, свойства. М.: Наука, 1988. 272 с.
24. Curl R. F. Pre-1990 evidence for the fullerene proposal // Carbon. 1992. Vol. 30, iss. 8. P. 1149–1155.
25. Вольнин М. Е. Фуллерен – новая аллотропная форма углерода // Вестн. РАН. 1993. № 1. С. 25–30.
26. Satpathy S. Electronic structure of the truncated-icosahedral C60 cluster // Chem. Phys. Lett. 1986. Vol. 130, iss. 6. P. 545–550.
27. Ишанходжаева М. М., Смирнова А. И. Физическая химия. Основы химической термодинамики. Термохимия: учебно-методическое пособие. СПб.: Изд-во ВШТЭ СПбГУ ПТД, 2016. 29 с.
28. Larsson S., Volosov A. Optical spectrum of the icosahedral C60- “follene-60” // Chem. Phys. Lett. 1987. Vol. 137, iss. 6. P. 501–504.
29. Герасимов В. И. Изомеры фуллеренов // Физика и механика материалов. 2000. Vol. 20, № 1. P. 25–31.
30. Пожарский А. Ф. Супрамолекулярная химия. Ч. 2. Самоорганизующиеся молекулы // Соросовский образоват. журн. 1997. Т. 9. С. 40–47.
31. Wu Z. C., Daniel A. J., Thomas F. G. Vibrational motions of buckminsterfullerene // Chem. Phys. Lett. 1987. Vol. 137, iss. 3. P. 291–294.
32. Weeks D. E., Harter W. G. Rotation–vibration spectra of icosahedral molecules. II. Icosahedral symmetry, vibrational eigenfrequencies, and normal modes of buckminsterfullerene // J. Chem. Phys. 1989. Vol. 90. P. 4744-4771.
33. Kratschmer W., Fostiropoulos K., Huffman D. R. The infrared and ultraviolet absorption spectra of laboratory-produced carbon dust: evidence for the presence of the C60 molecule // Chem. Phys. Lett. 1990. Vol. 170, iss. 2–3. P. 167–170.
34. Klatschmer W., Huffman D. R. Fullerites: new form of crystalline carbon // Carbon. 1992. Vol. 30, iss. 8. P. 1143–1147.
35. Осипьян Ю. А., Кведер В. В. Фуллерены – новые вещества для современной техники // Материаловедение. 1997. № 1. С. 2–6.
36. Попова С. С., Францев Р. К., Гусева Е. С., Жускеев А. Р. Особенности катодного модифицирования MnO2-электрода в фуллеренсодержащих апротонных органических растворах // Вестн. Сарат. гос. техн. ун-та. 2013. № 1 (69). С. 71–73.
37. Сорокин Н. И. Активационные объемы и энтальпии активации для различных механизмов ионного переноса в нестехиометрических фторидах со структурой флюорита и тисонита // Электрохимия. 2000. Т. 36, № 4. С. 497–498.
38. Вовчук В. Е., Митькин В. Н., Галицкий А. А., Кузовников А. М. Разработка усовершенствованных методов неразрушающей диагностики промышленных и опытных литиевых источников тока // Электрохимическая энергетика. 2007. Т. 7, № 2. С. 103–114.
39. Юровская М. А. Методы получения производных фуллеренов // Соросовский образоват. журнал. 2000. Т. 6, № 5. С. 26–30.
40. Сидоров Л. Н., Макеев Ю. А. Химия фуллеренов // Соросовский образоват. журнал. 2000. Т. 1, № 5. С. 21–25.
41. Whitacre J., Yazami R., Hamwi A., Smart M. C., Bennett W., Prakash G. K., Miller T., Bugga R. Low operational temperature Li-CFx batteries using cathodes containing sub-fluorinated graphitic materials // J. Power Sources. 2006. Vol. 160. P. 577–584.
42. Zhang Q., D’Astorg S., Xiao P., Zhang X., Lu L. Carbon-coated fluorinated graphite for high energy and high power densities primary lithium batteries // J. Power Sources. 2010. Vol. 195. P. 2914–2917.
43. Valand T., Nilsson G. The influence of F-ions on the electrochemical reactions on oxide covered Al // Corrosion Science. 1977. Vol. 17. P. 449–459.
44. Атовмян Л. О., Укше Е. А. Твердые электролиты. Проблемы кристаллохимии суперионных проводников // Физическая химия. Современные проблемы: сб. М.: Химия, 1983. С. 92–116.
45. Потанин А. А. Твердотельный химический источник тока на основе ионного проводника типа трифторида лантана // Рос. хим. журн. (Журн. Рос. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева). 2001. Т. XLV, № 5–6. С. 58–63.
46. Опра Д. П., Гнеденков С. В., Синебрюхов С. Л., Цветников А. К., Устинов А. Ю., Сергиенко В. И. Первичный литиевый источник тока на основе органического фторуглеродного полимерного материала // Вестн. ДВО РАН. 2013. № 5. С. 23–32.
47. Исикава Н. Новое в технологии соединений фтора. М.: Мир, 1984. 592 с.