Для цитирования:
Рыбаков К. С., Ушаков А. В. Высоковольтовый катодный материал литий-ионного аккумулятора на основе LiCoVO4: разработка и исследование // Электрохимическая энергетика. 2019. Т. 19, вып. 2. С. 90-?. DOI: 10.18500/1608-4039-2019-19-2-90-104, EDN: DLTQMI
Высоковольтовый катодный материал литий-ионного аккумулятора на основе LiCoVO4: разработка и исследование
В данной работе рассматриваются перспективы разработки катодного материала на основе ванадата(V) кобальта(II)-лития (LiCoVO4) для литий-ионного аккумулятора, подход к его получению и особенности электрохимического поведения.
LiCoVO4 был синтезирован с использованием технологии твердофазного синтеза с предварительной механической активацией смеси исходных веществ. Наибольшую удельную катодную ёмкость на первом цикле продемонстрировал образец, полученный термообработкой при 700°C в течение 12 часов – 44 мА?ч?г ? 1. Причины недостижимости теоретического уровня удельной разрядной ёмкости (148 мА?ч?г ? 1) и ее деградации связываются нами с особенностями кристаллической структуры и с повышением омического сопротивления на границе электродный материал/электролит соответственно. Диффузионные стадии электродных процессов извлечения лития из данного материала и обратного внедрения характеризуются значениями коэффициента диффузии, умеренными для твердых ионных проводников.
1. Wong-Ng W., McMurdie H. F., Paretzkin B., Zhang Y., Davis K. L., Hubbard C. R., Dragoo A. L., Stewart J. M. Reference X-ray diffraction powder patterns of fifteen ceramic phases // Powder Diffr. 1987. Vol. 2. P. 257–265.
2. Leonidova O. N., Voronin V. I., Leonidov I. A., Samigullina R. F., Slobodin B. V. Crystal structures of double vanadates LiCoVO4 and Li0.5Co1.25VO4 // J. Struct. Chem. 2004. Vol. 44, iss. 2. P. 277–283.
3. Prakash D., Masuda Y., Sanjeeviraja C. Structural, electrical and electrochemical studies of LiCoVO4 cathode material for lithium rechargeable batteries // Powder Technol. 2013. Vol. 235. P. 454–459.
4. Bernier J. C., Poix P., Michel A. Etude cristallographique et magnetique de deux vanadates mixtes spinelles // Bull. Soc. Chim. France. 1963. Vol. 1963. P. 445–446.
5. Fey G. T.-K., Huang D.-L. Synthesis, characterization and cell performance of inverse spinel electrode materials for lithium secondary batteries // Electrochim. Acta. 1999. Vol. 45, № 1–2. P. 295–314.
6. Kosova N. V., Vosel S. V., Anufrienko V. F., Vasenin N. T., Devyatkina E. T. Reduction processes in the course of mechanochemical synthesis of Li1 + xV3O8 // J. Solid State Chem. 2001. Vol. 160, № 2. P. 444–449.
7. Bernier C., Poix P., Michel A. Sur deux vanadates mixtes du type spinelle // C. R. Hebd. Seances Acad. sci. 1961. Vol. 253. P. 1578.
8. Fey G. T.-K., Li W., Dahn J. R. LiNiVO4 : a 4.8 volt electrode material for lithium cells // J. Electrochem. Soc. 1994. Vol. 141, № 9. P. 2279–2282.
9. Fey G. T.-K., Perng W.-B. A new preparation method for a novel high voltage cathode material : LiNiVO4 // Mater. Chem. Phys. 1997. Vol. 47, № 2–3. P. 279–282.
10. Chen W., Mai L. Q., Xu Q., Zhu Q. Y., Yang H. P. Novel soft solution synthesis and characterization of submicromic LiCoVO4 // Mater. Sci. Eng., B. 2003. Vol. 100, № 3. P. 221–224.
11. Van Landschoot N., Kwakernaak C., Sloof W. G., Kelder E. M., Schoonman J. A structural investigation of the influence of dopants on the electronic properties of LiCoVO4 // J. Eur. Ceram. Soc. 2005. Vol. 25, № 15. P. 3469–3477.
12. Thongtem T., Phuruangrat A., Thongtem S. Analyses of nano-crystalline LiCoVO4 prepared by solvothermal reaction // Mater. Lett. 2006. Vol. 60, № 29–30. P. 3776–3781.
13. Fey G. T.-K., Muralidharan P., Cho Y.-D. Electrochemical studies on surface coated LiCoVO4 with Al2O3 derived from carboxylate-alumoxane for lithium-ion cells // J. Power Sources. 2007. Vol. 174, № 2. P. 1152–1155.
14. Van Landschoot N., Kelder E. M., Schoonman J. Citric acid-assisted synthesis and characterization of doped LiCoVO4 // Solid State Ionics. 2004. Vol. 166, № 3–4. P. 307–316.
15. Kitajou A., Yoshida J., Nakanishi S., Okada S., Yamaki J. I. Cathode properties of Mn-doped inverse spinels for Li-ion battery // J. Power Sources. 2013. Vol. 244. P. 658–662.
16. Van Landschoot N., Kelder E. M., Kooyman P. J., Kwakernaak C., Schoonman J. Electrochemical performance of Al2O3-coated Fe doped LiCoVO4 // J. Power Sources. 2004. Vol. 138, № 1–2. P. 262–270.
17. Fey G. T. K., Wang K. S., Yang S. M. New inverse spinel cathode materials for rechargeable lithium batteries // J. Power Sources. 1997. Vol. 68, № 1. P. 159–165.
18. Fey G. T.-K., Wu C.-S. Dopant effects and conductivity studies on a new high voltage cathode material with inverse spinel structure // Pure Appl. Chem. 1997. Vol. 69, № 11. P. 2329–2334.
19. Nelson J. В., Riley D. P. An experimental investigation of extrapolation methods in the derivation of accurate unit-cell dimensions of crystals // Proc. Phys. Soc. 1945. Vol. 57, № 3. P. 160–177.
20. Кулова Т. Л., Скундин А. М. Простой метод диагностики причин деградации электродов при циклировании литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2011. Т. 11, № 4. С. 171–178.