Поверхностная модификация катодных материалов литий ионных батарей слоями проводящих полимеров

Институт Химии , Санкт-Петербургский Государственный Университет Россия, 198504, Санкт-Петербург, Университетская наб. 7/9

Поиск новых и улучшение ранее разработанных материалов для литий ионных

аккумуляторов (ЛИА) остается важным и приоритетным направлением современных научных исследований. Решение задач по созданию эффективных и оптимальных для практической реализации материалов требует, прежде всего, ясного понимания процессов, ведущих к улучшению свойств материалов. Исследования последних лет ясно показали большую роль эффектов наноструктурирования и поверхностной модификации зерен активных перезаряжаемых материалов ЛИА в улучшении их функциональных характеристик.

В докладе будут рассмотрены новые результаты исследований по влиянию комплексного проводящего связующего на  основе поли-3,4- этилендиокcитиофена (PEDOT), допированного полистиролсульфонатом (PSS), и карбоксиметилцеллюлозы  (CMC) на свойства катодных материалов на основе литированных фосфатов металлов LiFePO₄ и LiFe_0.4Mn_0.6PO₄.

Структурно-химические свойства многокомпонентных материалов были исследованы  методами рентгеновской дифракции, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, электронной микроскопии. Показано, что модифицированные полимерами образцы катодных материалов сохраняют  орторомбическую структуру оливинового типа как до, так и после циклирования в батарее, без появления следов новых фаз. Электронная микроскопия позволила оценить размеры частиц и характер распределения компонентов.

Характеристика электрохимических свойств материалов в составе литий ионных аккумуляторов проведена методами циклической вольтамперометрии, гальваностатических заряд-разрядных кривых и импедансной спектрометрии. Показано, что введение в состав материалов проводящего связующего приводит к существенному улучшению удельной емкости материалов при снижении доли неактивных компонентов в составе катодных материалов, увеличению скорости  процессов интеркаляции.

Особое внимание в докладе будет уделено анализу причин положительного влияния проводящих полимерных добавок на электрохимические свойства и  кинетику процессов переноса заряда на границах раздела фаз и транспорта заряда в исследуемых материалах в сравнении со стандартным составом на основе связующего PVDF.

Рентгеновские фотоэлектронные спектры были  выполнены на оборудовании Авторы выражают благодарность за помощь в проведении исследований сотрудникам Междисциплинарного центра по Нанотехнологиям СПбГУ и Ресурсного центра «Физические методы исследования поверхности»  СПбГУ. центра. Авторы также благодарны за финансовую поддержку исследований  грант РФФИ № 16-03-00495. Исследования в ресурсных центрах были выполнены при поддержке гранта РФФИ № 14-29-04043.