Пошук академічних текстів

Інформація × Реєстраційний номер 0824U002261, Дисертація доктора філософії На здобуття Доктор філософії Дата захисту 14-09-2023 Статус Захищена Назва роботи Синтез і дослідження матеріалів для створення твердотільних літієвих акумуляторів Здобувач Лісовський Іван Валерійович, Керівник Білоус Анатолій Григорович Опонент Стрижакова Наталя Григорівна Опонент Донцова Тетяна Анатоліївна Рецензент Колбасов Геннадій Якович Рецензент Першина Катерина Дмитрівна Опис 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. Дата реєстрації 2024-06-17 Додано в НРАТ 2024-06-17 Закрити