The nontoxic nanocomposite cathode materials based on LiFePO4

The evolution development of portable electronic devices and electric vehicles ev is determined by development of better working, more reliable and cheaper accumulators that store electric energy. LiFePO4 is a new generation cathode material which is trying to be up to this challenge.This material is ecological and cheap. It is characterised by very good degree of reversibility in charging/ discharging cycles. The strong covalent bond P-O ensure that the structure of olivine is chemically and thermally stable. The most outstanding limitation of LiFePO4 is its low electric conductivity (~10-9 S/cm) and complicated synthesis of the material. The problem of low electric conductivity can be solved by reducing the grain size of cathode material and application of carbon conductive layers (CCL).This work was related to low-temperature preparation nanosynthesis LiFePO4, methods and formation of CCL/LiFePO4 composite of different carbon content. The cathode material was obtained using precipitation method in water medium. The composites were obtained using PNVF polymer as the source of carbon. The LiFePO4 cathode material and CCL/LiFePO4 composites were investigated using thermal analysis methods (TGA/DTG/SDTA), X-ray diffraction (XRD), electric conductivity (EC) and high-resolution transmission electron microscopy (TEM). For selected CCL/LiFePO4 composites electrochemical tests in Li/Li+/LiFePO4 cell were performed. It was fund them the reversible capacity the of the composites were in the range of ~150 mAh/g (90% of theoretical capacity for LiFePO4.

Rozwój technologii przenośnych urządzeń elektronicznych oraz pojazdów elektrycznych determinowany jest przez tworzenie, sprawniejszych, bardziej niezawodnych i tańszych akumulatorów magazynujących energię elektryczną. Materiałem katodowym nowej generacji próbującym sprostać temu wyzwaniu jest LiFePO4.Materiał ten jest ekologiczny oraz charakteryzuje go niska cena. Wykazuje bardzo dobrą odwracalność w cyklach ładowania/rozładowania, zaś mocne wiązania kowalencyjne P-O zapewniają strukturze oliwinu wysoką stabilność chemiczną i termiczną. Największym ograniczeniem LiFePO4 jest bardzo niskie przewodnictwo elektryczne (10-9 S/cm), oraz skomplikowana synteza materiału. Problem niskiego przewodnictwa elektrycznego można rozwiązać poprzez zmniejszenie wielkości ziaren materiału katodowego i zastosowanie przewodzących warstw węglowych (CCL - conductive carbon layer).Praca koncentrowała się na opracowaniu niskotemperaturowej syntezy, metody nanometrycznego LiFePO4, a także na utworzeniu kompozytów CCL/LiFePO4 o różnej zawartości węgla. Materiał katodowy został otrzymany metodą strąceniową w środowisku wodnym. Kompozyty zostały utworzone z wykorzystaniem polimeru PNVF jako źródła węgla. Materiał katodowy LiFePO4 oraz kompozyty CCL/LiFePO4 zostały zbadane za pomocą analizy termicznej (TGA/DTG/SDTA), dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), przewodnictwa elektrycznego (EC), transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Przeprowadzono również testy elektrochemiczne w ogniwach (ładowanie/rozładowanie) z wykorzystaniem otrzymanych materiałów kompozytowych. Przeprowadzone badania elektrochemiczne wykazały bardzo dobre parametry użytkowe otrzymanych kompozytów katodowych CCL/LiFePO4.