Search academic texts

Information × Registration Number 0824U002261, PhD dissertation Status Доктор філософії Date 14-09-2023 popup.evolution . Title Synthesis and investigation of materials for solid-state lithium batteries Author Lisovskyi Ivan V., popup.head Anatolii Bilous popup.opponent Стрижакова Наталя Григорівна popup.opponent Tetiana A. Dontsova popup.review Hennadii Y. Kolbasov popup.review Kateryna Pershyna Description У дисертації було детально досліджено фазові перетворення, які відбуваються під час синтезу оксидних літій-провідних матеріалів зі структурами перовськіту, NASICON та гранату методами твердофазних реакцій та золь-гель методом. Встановлено, що при застосуванні методу твердофазних реакцій утворення кристалічних структур всіх вищезазначених складних оксидів є багатостадійними процесами, що відбуваються через різну кількість проміжних фаз при різних температурах та часі термообробки. Встановлено, що для одержання однофазного Li0.35La0.55TiO3 зі структурою перовськіту необхідно проводити термообробку шихти впродовж 4 годин при температурі 1300 °C, для Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 зі структурою NASICON – впродовж 1 год при 850 °C, а для Li6.5La3Zr1.5Nb0.5O12 зі структурою гранату – впродовж 12 год при 850 °C. На відміну від методу твердофазних реакцій, формування кристалічних структур вищезазначених матеріалів під час синтезу золь-гель методом є одностадійним процесом, завдяки високій хімічній однорідності полімерних прекурсорів, що значно спрощує отримання однофазних цільових продуктів. Однофазний Li0.35La0.55TiO3 зі структурою перовськіту зі ступенем кристалічності 83,92% було одержано в результаті термообробки прекурсору при температурі 900 °C, Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 зі структурою NASICON та Li6.5La3Zr1.5Nb0.5O12 зі структурою гранату, ступені кристалічності яких становили 78,72% та 81,57% відповідно, – при 750 °C. Час термообробки всіх досліджуваних матеріалів становив 1 годину. Використання золь-гель методу дозволяє значно зменшити температуру та час кінцевої термообробки, що дозволяє отримати менші за розміром та менш агломеровані частинки літій-провідних матеріалів. Для підвищення характеристик літій-іонних акумуляторів було проведено дослідження, спрямовані на підвищення стабільності характеристик катодних матеріалів впродовж тривалого заряд/розрядного циклування шляхом модифікації поверхні комерційних катодних матеріалів типу NMC захисним шаром з наночастинок Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 за допомогою двох методів: 1) механічного змішування заздалегідь синтезованих наночастинок Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 з катодним матеріалом та 2) введення катодного матеріалу в реакційну ємність під час синтезу Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 золь-гель методом. Було показано, що введення частинок у реакційну ємність під час синтезу оксидного літій-провідного матеріалу є більш ефективним методом у випадку модифікації катодних матеріалів з вмістом нікелю в межах 0,3 – 0,6 моль на формульну одиницю (NMC 622, NMC 532, NMC 424 та NMC 111). Шляхом модифікації поверхні цих катодних матеріалів вдалося зменшити падіння ємності на 80-му циклі на 10–16%, порівняно з вихідними катодними матеріалами. Було проведено дослідження, спрямовані на пошук нових перспективних анодних матеріалів для літій-іонних акумуляторів, які б одночасно характеризувалися високою ємністю і високими електронною та іонною провідностями. Було показано, що літій-провідний перовськіт Li0.5La0.5TiO3 є перспективним анодним матеріалом для літій-іонних акумуляторів завдяки вищій ємності (168 мАгод/г проти 132 мАгод/г) та нижчому робочому потенціалу (0,6 В проти 1,6 В відносно літієвого протиелектрода), порівняно з Li4Ti5O12. Зниження робочого потенціалу анода дозволить збільшити вихідну напругу акумуляторів, що підвищить їх питомі характеристики порівняно з акумуляторами на основі анода з Li4Ti5O12. Для підвищення рівня безпеки літій-іонних акумуляторів було досліджено можливість створення літій-іонних акумуляторів із композитним електролітом на основі пористої керамічної матриці Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, змоченої комерційним електролітом LP71 (1М розчином LiPF6 в суміші розчинників етиленкарбонат, діетилкарбонат та диметилкарбонат у співвідношенні 1:1:1). Розроблені експериментальні зразки твердотільних літій-іонних акумуляторів характеризуються високою початковою розрядною ємністю (~140 мАгод/г), що майже не поступається відповідному значенню для комірок полімерним сепаратором, просоченим з рідким електролітом (145,6 мАгод/г). Встановлено, що експериментальні зразки літій-іонних акумуляторів з композитним електролітом демонструють значно вищу стабільність характеристики при тривалому циклуванні. В той же час, запропонований композитний електроліт дозволяє вирішити проблеми літій-іонних акумуляторів, що пов’язані з витоком електроліту (рідкий електроліт іммобілізований винятково в порах кераміки) та пожежонебезпечністю, за рахунок перешкоджання проникнення дендритів літію через міжелектродний простір. Registration Date 2024-06-17 popup.nrat_date 2024-06-17 Close