ISSN 1608-4039 (Print)
ISSN 1680-9505 (Online)


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

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 143)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
EDN: 
MSRUBP

Перспективные композиционные материалы для катодов литий-ионных аккумуляторов на основе модифицированнных фуллеренами и фторид-ионами оксидов переходных металлов и РЗЭ

Авторы: 
Гусева Екатерина Станиславовна, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Попова Светлана Степановна, Энгельсский технологический институт Саратовского государственного технического университета
Францев Роман Константинович, Энгельсский технологический институт Саратовского государственного технического университета
Аннотация: 

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.

Список источников: 

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.

Поступила в редакцию: 
25.11.2018
Принята к публикации: 
25.12.2018
Опубликована: 
25.12.2018