Модификация и анализ эксплуатационных характеристик катодных материалов литий-ионных аккумуляторов путем легирования оксидами переходных металлов

Аннотация

Растущий мировой спрос на высокопроизводительные системы хранения энергии активизировал исследования, направленные на повышение производительности литий-ионных аккумуляторов за счет модификации материала катода. В данном исследовании изучается влияние легирования оксидами переходных металлов на электрохимические свойства материалов катода литий-ионных аккумуляторов. Различные оксиды переходных металлов, в том числе Ta₂O₅, MoO₃, Al₂O₃, TiO₂, и Cr₂O₃ систематически включены в слоистых литий никель марганец кобальт оксид (литий[Ni₀.₈Mn₀.₁Co₀.₁ ] Комплексе O₂) катодов с помощью модифицированного совместным осаждением методом с последующим прокаливанием в оптимальных условиях. Физико-химические характеристики с использованием рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии подтвердили успешное легирование и выявили значительные изменения микроструктуры, включая улучшение распределения частиц по размерам и повышение кристалличности. Электрохимические испытания показали, что катоды, легированные 2 мол.% TA⁵⁺, показали превосходные эксплуатационные характеристики, сохранив 89,4% емкости после 500 циклов при температуре 1 °С, по сравнению с 67,2% для нелегированных образцов. Катоды, легированные MO⁶⁺, продемонстрировали исключительную производительность, достигнув 78,6% от номинальной емкости при температуре разряда 10°C. Импедансный анализ показал снижение сопротивления переносу заряда в легированных образцах, а дифференциальная сканирующая калориметрия подтвердила повышенную термическую стабильность. Дифракционные исследования на месте показали, что высоковалентные легирующие добавки эффективно подавляют вредные фазовые переходы и потерю кислорода в кристаллической решетке во время циклирования. Полученные результаты демонстрируют, что стратегическое легирование оксидами переходных металлов представляет собой многообещающий подход к разработке литий-ионных аккумуляторов нового поколения с высокой энергией, обладающих улучшенной стабильностью работы, быстродействием и характеристиками безопасности.