СИНТЕЗ, АТТЕСТАЦИЯ И ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИТИЙ-НИКЕЛЬ-МАРГАНЦЕВОЙ ШПИНЕЛИ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ ГОРЕНИЯ ИЗ РАСТВОРОВ
Ласкин Р.С.(1,2), Ивлева А.А.(2), Бушкова О.В.(2)
(1) Уральский федеральный университет
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19
(2) Институт химии твердого тела УрО РАН
620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, д. 91
Литий-никель-марганцевая шпинель LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) является перспективным материалом для литий-ионных аккумуляторов нового поколения, так как обладает большой удельной энергией (≈650 Вт·ч/кг) за счет высокого рабочего напряжения относительно Li+/Li0 (около 4.8 В). Для получения LNMO в данной работе был выбран метод горения из растворов (solution combustion synthesis - SCS), так как он позволяет быстро и энергоэффективно, используя простое лабораторное оборудование, получить однофазный материал с заданными параметрами. Полученный в работе LNMO синтезирован на основе нитратов лития и никеля, а также ацетата марганца, в качестве топлива использовали смесь глицина и лимонной кислоты с заранее экспериментально подобранным мольным соотношением. После синтеза горением из растворов порошок прекурсора гомогенизировали и подвергали термообработке при 700 °C в течение 5 ч. Способ получения LNMO защищен патентом РФ № 2 847 273.
Рентгенофазовый анализ полученного методом горения из растворов LNMO показал, что материал однофазен и принадлежит пространственной группе Fd3̅m с параметром элементарной ячейки a = 8.1646 Å. Энерго-дисперсионный анализ подтвердил равномерное распределение Mn и Ni в синтезированном образце. По результатам СЭМ частицы представляют собой агломераты с размером до 30 мкм.
На основе синтезированного LNMO была собрана серия катодных полуэлементов с металлическим литием. В качестве электролита выступал стандартный состав - 1 m LiPF6 в EC/DMC (1:1 мас.) Гальваностатическое циклирование катодных полуэлементов Li|Li+|LNMO проводили в диапазоне напряжений 3.5–4.9 В при разных нормированных токах разряда (от 0.2С до 5С) с последующим длительным циклированием на токе 1С. Синтезированный LNMO продемонстрировал рабочее напряжение в области 4.7-4.8 В, начальную разрядную емкость порядка 120 мА·ч/г, а также сохранение 90% от начальной емкости спустя 200 циклов динамических испытаний. Таким образом, представленный метод синтеза методом горения из раствора позволяет получить однофазный LNMO с электрохимическими характеристиками, сопоставимыми с литературными.
1. Журавлев В.Д. Бушкова О.В., Кошкина А.А., Ярославцева Т.В., Урусова Н.В. Способ получения высоковольтного катодного материала для литий-ионных аккумуляторов / Патент РФ 2847273 (2025)
Работа выполнена в соответствии с Государственным заданием Института химии твердого тела УрO РАН (Рег. № НИОКТР 124020600047-4).