Сравнение характеристик катодных материалов на основе LiMn2O4 с различными связующими

Главная » Литература » Тезисы » Сравнение характеристик катодных материалов на основе LiMn2O4 с различными связующими

Год издания: 2016

Воробьева К.А., Елисеева С.Н., Кондратьев В.В. СПбГУ, Санкт-Петербург

Литий-марганцевая шпинель LiMn2O4 (LMO) как катодный материал для перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов давно привлекает внимание исследователей благодаря низкой стоимости, доступности, экологической безопасности, а также структуре, благоприятной для быстрой диффузии ионов лития при перезарядке. Однако широкое применение этого катодного материала ограничено относительно небольшими величинами практической емкости, заметно ниже теоретической, вследствие относительно низкой электронной и ионной проводимости, а также быстрой деградации материала при циклировании за счёт электрохимического растворения марганца и структурных изменений.

В этой работе мы предложили подход к повышению достигаемых значений ёмкости и стабильности при циклировании катодного материала на основе LiMn2O4 за счёт создания композита, в котором в качестве связующего использовался проводящий полимер поли-3,4-этилендиокситиофен:полистиролсульфонат (PEDOT:PSS) и карбоксиметилцеллюлоза (CMC). Была проведена сравнительная характеристика электрохимических свойств предложенного композита и катодного материала с традиционным связующим поливинилиденфторидом в N-метил-2-пирролидоне (PVDF).

Катодные материалы были приготовлены путем смешения LMO с сажей и связующим компонентом. Для получения электрохимических характеристик были использованы методы циклической вольтамперометрии и гальваностатического заряда-разряда. Электрохимические исследования были проведены в трехэлектродных ячейках в 0.5 M растворе LiClO4 в пропиленкарбонате и в батареях типа coin-cell CR2032, где в качестве электролита использовали 1M LiPF6 /EC:DMC.

На вольтамперных кривых, как для катодных материалов с PVDF, так и для модифицированных характерно наличие двух пар окислительно-восстановительных пиков, которые соответствуют двухступенчатой интеркаляции/деинтеркаляции Li+ в/из шпинели. Из вольтамперных кривых были оценены достигаемые значения ёмкости и обнаружено увеличение ёмкости на 10 % для модифицированного катодного материала по сравнению с аналогом с традиционным связующим PVDF.

Из данных гальваностатического заряда-разряда получено подтверждение увеличения ёмкости для модифицированного материала, а также отмечено повышение стабильности: за 50 циклов заряда-разряда для катодного материала со связующим PEDOT:PSS/CMC наблюдается уменьшение ёмкости на 4%, что в 2 раза меньше  аналогичной характеристики, полученной для катода с традиционным связующим PVDF. Из полученных результатов следует, что катодный материал на основе LiMn2O4 со связующим PEDOT:PSS/CMC обладает  улучшенными характеристиками в отношении удельной емкости и циклического ресурса.

Исследования методами сканирующей электронной микроскопии были проведены с использованием оборудования ресурсного центра Научного парка СПБГУ «Нанотехнологии». Выражаем благодарность РОЦ «Химия» за предоставленное оборудование. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (проект №16-03-00457).