Новая методика получения LiFePO4 для активных масс в литий ионных аккумуляторах

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), кафедра неорганической химии.

Сложно представить XXI век без портативных устройств. Все они используют химические источники тока, среди которых наиболее распространены литий-ионные аккумуляторы(ЛИА). Литиевые батареи характеризуются низким саморазрядом, не нуждаются в обслуживании, обладают высокой энергетической емкостью.

Среди современных ЛИА, в бытовой электронике, наиболее распространены источники питания, в которых применяется литий-железо(II) фосфат (LFP, LiFePO₄) в качестве катодного материала. Среди всех возможных ЛИА, данные источники отличаются высокой надежностью, доступностью исходных реагентов и относительно невысокой стоимостью.

Синтез фазово-чистых препаратов LFP положительно сказывается на характеристиках всего ЛИА: возрастает максимальная сила тока, электрическая ёмкость, число циклов заряда-разряда. Поэтому разработка метода получения высокочистого LFP представляет большой практический и экономический интерес[1].

Существует множество способов получения LFP можно разделить на три основные группы: жидко-, твёрдофазные и гидротермальные. В твёрдофазном синтезе исходные твёрдые вещества измельчаются и затем прокаливаются. Методика относительно простая, но характеризуется невысоким выходом продукта, содержащего много неактивных фаз. Измельчение исходных реагентов в большой мере нивелировать этот недостаток, но приводит к росту энергетических затрат [1,2].

Жидкофазный и гидротермальный синтезы требуют больших капиталовложений в аппаратуру и высоких затрат на отчистку готового продукта, что делает их экономически затратными[1,2].

Нами предложена новая методика получения LFP для производства ЛИА. Азотсодержащие карбоксилатные комплексы железа, синтезируемые из доступного сырья, могут быть легко переведены в LiFePO₄. Данный способ позволяет, с высокой точностью, варьировать соотношения целевых компонентов (Li,Fe,P) и легко вводить различные углеродсодержащие добавки для допирования готового продукта углеродом. Вследствие введения углерода, повышается электропроводность LFP, и улучшаются характеристики ЛИА в целом.

Литература:

1. Greger R.D., Kalle E.S. Lithium Batteries: Research, Technology and Applications. New York, Nova, 2010, 226 p.
2. Микрюкова М.А. Эфиры фосфорной кислоты как растворители для электролитов литий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов. / Микрюкова М.А.; СПбГТИ(ТУ). – СПб., 2016. – 134 с