Реєстраційний номер
0521U101948, Докторська дисертація
На здобуття
Доктор хімічних наук
Дата захисту
30-09-2021
Статус
Захищена
Назва роботи
Вплив морфології і стану поверхні на властивості електродних матеріалів для літій-іонних акумуляторів високої потужності
Здобувач
Потапенко Ганна Валентинівна, Кандидат хімічних наук
Керівник Кириллов Святослав Олександович
Консультант Кириллов Святослав Олександович
Опонент Андрійко Олександр Опанасович
Опонент Малєтін Юрій Андрійович
Опонент Білоус Анатолій Григорович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка Національної академії наук України
Опис
Дисертацію присвячено розвитку наукових засад формування нанорозмірних і поверхнево-модифікованих електродних матеріалів та їхнього застосування у літій-іонних акумуляторах (ЛІА) високої потужності та ємності. У ній вперше розглянуто зв’язок нанорозмірності зі здатністю електродних матеріалів до деградації, вплив наноструктурування на властивості електродних матеріалів і можливість підвищення потужності електродних матеріалів за рахунок модифікування поверхні.
Для електродних матеріалів складу LiNiyMnzCo1-y-zO2 з шаруватою структурою знайдено, що переведення Li1.2Ni0.2Mn0.52Co0.08O2 у нанорозмірний стан дозволяє досягти теоретичних значень питомої ємності. Допування Li1.2Ni0.16Co0.08Mn0.54O2 ванадієм підвищує його питому ємність і ефективність циклування. LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2 у формі одиничних, неагломерованих кристалів демонструє кращу здатність до розрядження великими струмами, ніж комерційний аналог.
Для нанолистків і мікросфер ТіО2 та ажурних квазісферичних агрегатів LiMn2O4 у порівнянні з нанокристалічними зразками виявлено, що наноструктуровання не є засобом підвищення здатності електродних матеріалів до витримування значних струмових навантажень.
Уперше знайдені відміни в електрохімічних властивостях звичайних і нанорозмірних електродних матеріалів в умовах перерозрядження (втиснення надлишку Li+ у структуру) та визначено шляхи реакцій надлітіювання. Зроблено висновок про вирішальну роль зменшення розміру частинок у взаємодії електродних матеріалів з іонами літію та у зменшенні їхньої стійкості до деградації. Це доводить неприпустимість практичного використання нанорозмірних електродних матеріалів в умовах перерозрядження.
Доведено, що регулювання стану поверхні значно підвищує продуктивність електродних матеріалів. Так, покриття Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 оксидом алюмінію дозволяє збільшити питому ємність матеріалу. Вперше одержано структури LiNi0.5Mn1.5O4@LiMn2O4 і РРу@ LiMn2O4, для яких модифікування поверхні дає змогу досягти надвисоких струмів розрядження (65 С і 300 С, відповідно). Цей підхід відкриває перспективи для створення матеріалів для ЛІА надвисокої потужності, порівнянної з потужністю суперконденсаторів.
На прикладі композиту РРу@LiMn2O4 виявлено внесок псевдоємнісних ефектів у процес інтеркалювання та вперше запропоновано метод оцінки глибини втиснення іонів літію в електродний матеріал.
Доведено переваги водорозчинних зв’язуючих над звичайно використовуваним полівініліденфторидом, зокрема, уперше відзначено можливість досягти збільшення не тільки питомої ємності, а й потужності ЛІА при їх використанні завдяки кращій адгезії електродного матеріалу до поверхні колектора струму.
Ключові слова: літій-іонні акумулятори, висока потужність, висока ємність, нанорозмірність, наноструктурування, модифікування поверхні.
Дата реєстрації
2021-10-08
Додано/оновлено в НРАТ
2021-10-08 / 2026-07-01
