Otrzymywanie i charakterystyka nanokompozytowych materiałów katodowych Li2MSiO4 (M = Mn, Co).

Akumulatory litowo-jonowe dzięki swoim parametrom użytkowym zdominowały rynek zaawansowanych źródeł energii. Charakteryzują się brakiem efektu pamięci, możliwością wykonywania setek cykli ładowania/rozładowania bez znaczącego pogorszenia parametrów, wysokimi wartościami pojemności i napięcia pracy, co przekłada się bezpośrednio na mniejsze masy i rozmiary urządzeń. Rodzina związków o wzorze ogólnym Li2MSiO4 (M= Fe, Mn, Co, Ni) stanowi grupę atrakcyjnych materiałów katodowych. Krzemiany litu mają wiele zalet: wysoką teoretyczną pojemność, wysoką stabilność termiczną, wykazują wysokie napięcia pracy oraz są nietoksyczne. Związki te wykazują niskie przewodnictwo elektryczne, które można polepszyć np. przez pokrycie materiału aktywnego warstwą przewodzącego węgla CCL, która również zwiększa stabilność chemiczną oraz bezpieczeństwo użytkowania ogniwa. Celem niniejszych badań była optymalizacja procesu otrzymywania krzemianów Li2MSiO4 oraz kompozytów CCL/Li2MSiO4 (M = Co, Mn), a także zbadanie ich właściwości. Związki syntezowano metodą zol-żel w wariancie Pechini’ego stosując zmienne parametry procesu. W efekcie zoptymalizowano warunki syntez i otrzymano czyste fazowo produkty. Wytworzone materiały zmodyfikowano, a następnie pokryto węglową warstwą przewodzącą CCL o zawartości 5-15%. W badaniach właściwości materiałów wykorzystano następujące metody badawcze: XRD, TG, DTG, XPS, EC, CV, SEM. Z materiałów o najlepszych właściwościach złożono ogniwa o wzorze Li/Li+/(CCL/Li2MSiO4) i poddano testom elektrochemicznym.

Lithium-ion batteries are the most popular source of energy thanks to their operational parameters. They are characterized by a high volumetric and gravimetric density of energy storage which translates directly into lower weight and size of battery and by the ability to perform hundreds of charge/discharge cycles without significant deterioration of parameters and without memory effect. The set of compounds of general formula Li2MSiO4 (M=Fe, Co, Ni, Mn) are an impressive cathode material group due to its advantages such as a high theoretical capacity, high thermal stability and environmentally friendliness . Lithium silicates reveal poor electrical conductivity. However it can be improved by creating a carbon conductive layer which also enhances chemical stability and safety of applications. The aim of this research was to optimize the process of synthesis of Li2MSiO4 and CCL/Li2MSiO4 composites and to examine their properties. The compounds were obtained by sol-gel Pechini method. As a result the pure silicates were obtained. The produced materials were modified, and then CCL composites were produced with 5-15% carbon contents. XRD, TG, DTG, XPS, EC, CV, SEM methods were used in this research for materials characteristic. Materials with the best properties were used in cells and electrochemically tested in charge/discharge conditions.