КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 14-13-01388
НазваниеЭлектродные материалы на основе фосфата лития-железа и титаната лития
Руководитель Ярославцев Андрей Борисович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва
Конкурс №1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов
Ключевые слова фосфат лития-железа, оливин, титанат лития, литий-ионные аккумуляторы, катодные материалы, анодные материалы, гетеровалентное легирование, точечные дефекты, наноматериалы, композиционные материалы, ионная проводимость, интеркаляция, мессбауэровская спектроскопия
Код ГРНТИ31.15.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) широко используются в портативных электронных устройствах, электро- и гибридных двигателях. Растущие потребности в увеличении их емкости и мощности, расширении интервала рабочих температур, повышении безопасности и стабильности определяют актуальность разработки новых материалов для ЛИА. В последние годы внимание исследователей привлекают фосфат лития-железа LiFePO4 со структурой оливина и титанат лития Li4Ti5O12, которые используются в литий-ионных аккумуляторах в качестве катодного и анодного материалов соответственно. Эти материалы характеризуются сходной теоретической емкостью, стабильностью в ходе циклирования. Кроме того, процессы зарядки/разрядки у них протекают в двухфазной области, что обеспечивает малое изменение потенциала в их ходе. Однако проводящие свойства этих материалов недостаточны для оптимальной работы ЛИА. Поэтому основной целью данной работы является модификация LiFePO4 и Li4Ti5O12, направленная на улучшение их электрохимических свойств. В то же время предлагаемые подходы сопряжены с решением фундаментальных проблем ускорения ионного переноса или интеркаляции (деинтеркаляции) атомов металлов в матрицы данных материалов.
В ходе выполнения данного проекта предполагается получить катодные материалы на основе фосфата лития железа со структурой оливина и анодные материалы на основе титаната лития, характеризующиеся повышенной скоростью процессов интеркаляции и деинтеркаляции лития. Это будет достигаться за счет направленного формирования в структуре точечных дефектов в результате легирования гетеровалентными катионами. Причем в случае фосфата лития-железа с целью увеличения как токов разряда, так и заряда будет проведено одновременное легирование материала катионами с разным зарядом. Изучаемые материалы будут синтезированы с различным размером частиц, в т.ч. и нанометрового диапазона, что позволит сократить диффузионный путь ионов лития и снизить сопротивление материала в целом. Будут также получены композиционные материалы на основе LiFePO4 и Li4Ti5O12 с углеродсодержащей фазой, что позволит увеличить электронную составляющую проводимости и скорость процессов переноса в межзеренном пространстве. Кроме того, введение углеродсодержащих агентов на стадии формирования частиц исследуемых фосфатов и титанатов позволит также ограничить рост их частиц и получить материалы с меньшим размером и соответственно большими значениями проводимости. Для описания процессов упорядочения при легировании LiFePO4 будет привлекаться мёссбауэровская спектроскопия.
На базе полученных экспериментальных данных будет проведен анализ влияния концентрации и природы легирующих катионов на их распределение в структуре и выявлены закономерности изменения свойств в зависимости от природы внедряемых катионов, их концентрации и соотношения. Подобное комплексное исследование ранее не проводилось.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Ярославцев А.Б., Кулова Т.Л., Скундин А.М.
Электродные наноматериалы для литий-ионных аккумуляторов
Успехи химии, Т. 84, №8, с. 826-852 (год публикации - 2015)
10.1070/RCR4497
2. Стенина И.А., Ильин А.Б., Ярославцев А.Б. Синтез и ионная проводимость титаната лития, Li4Ti5O12 Неорганические материалы, №1, Т. 51, с. 69-75 (год публикации - 2015)
Публикации
1.
Svetlana Novikova, Sergey Yaroslavtsev, Vyacheslav Rusakov, Andrey Chekannikov, Tatiana Kulova, Alexander Skundin and Andrey Yaroslavtsev
Behavior of LiFe1-yMnyPO4/C cathode materials upon electrochemical lithium intercalation/deintercalation
Journal of Power Sources, V. 300, P.444-452 (год публикации - 2015)
10.1016/j.jpowsour.2015.09.092
2.
Стенина И.А., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Ярославцев А.Б.
Анодный материал на основе наноразмерного титаната лития
Журнал неорганической химии, том 60, № 11, с. 1506–1510 (год публикации - 2015)
10.7868/S0044457X15110173
3. И.А. Стенина, С.С. Букалов, Т.Л. Кулова, А.М. Скундин, Н.Ю. Табачкова, А.Б. Ярославцев Влияние углеродного покрытия на электрохимические свойства наноразмерных материалов на основе титаната лития Российские нанотехнологии, Том 10, №11–12, С. 25-31 (год публикации - 2015)
4.
A. Svitan'ko, V. Scopets, S. Novikova, A. Yaroslavtsev
The effect of composite formation with oxides on the ion conductivity of NASICON-Type LiTi2(PO4)3 and olivine-type LiFePO4
Solid State Ionics, V. 271, P. 42–47 (год публикации - 2015)
10.1016/j.ssi.2014.10.022
Публикации
1.
Стенина И.А., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Ярославцев А.Б.
High grain boundary density Li4Ti5O12/anatase-TiO2 nanocomposites as anode material for Li-ion batteries
Materials Research Bulletin, V. 75 pp. 178–184 (год публикации - 2016)
10.1016/j.materresbull.2015.11.050
2.
Капаев Р.Р., Новикова С.А., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Ярославцев А.Б.
Синтез наноразмерных пластинок LiFePO4 для катодных материалов литий-ионных аккумуляторов
Российские нанотехнологии, № 11–12, ТОМ 11, С. 55-57 (год публикации - 2016)
10.1134/S1995078016060136
3.
Стенина И.А., Соболев А.Н., Ярославцев С.А., Русаков В.С., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Ярославцев А.Б.
Influence of iron doping on structure and electrochemical properties of Li4Ti5O12
Electrochimica Acta, V.219, pp.524-530 (год публикации - 2016)
10.1016/j.electacta.2016.10.034
4. Леонидов И.А., Ярославцев А.Б. Наноматериалы с ионной проводимостью Наноматериалы: свойства и перспективные приложения. Издательство: Научный мир, Москва, с.146-169 (год публикации - 2015)