ОКСИФТОРИД МОЛИБДЕНА – МАТЕРИАЛ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА Li-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА

DOI: 10.6060/tcct.20165912.5425

Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2016. Т. 59. Вып. 12. С. 63-70

 

Li-ионные аккумуляторы
широко используются в качестве источников питания для портативной техники
(планшетов, смартфонов, фотоаппаратов, ноутбуков и т.п.), медицинского
оборудования и электроинтсрумента. В то же время, перспективы применения
Li-ионных аккумуляторов в энергообеспечивающих узлах гибридного и
электроавтотранспорта, модулей резервного бесперебойного питания, подводной
робототехники определяются разработкой новых катодных материалов,
характеризующихся высоким энергозапасом. Оксиды переходных металлов (например,
MoO3, V2O5 и др.), представляют собой
перспективные катодные материалы для Li-ионных аккумуляторов. Достоинствами
оксидов переходных металлов в сравнении с традиционными материалами
положительного электрода (LiCoO2, LiNiO2, LiFePO4,
LiMn2O4) является повышенная теоретическая удельная
емкость. В то же время, слабая обратимость электрохимического процесса
препятствует их потенциальному применению. При этом известно, что частичное
замещение кислорода фтором способствует повышению стабильности циклирования и
вместе с тем надежности материалов. В настоящей работе, нестехиометрический
оксифторид молибдена, MoO2,8F0,2, ромбической структуры с
параметрами ячейки, близкими к слоистому MoO3, синтезирован твердофазным
методом. С использованием рентгенофазового анализа и сканирующей электронной
микроскопии изучены структурные и морфологические особенности оксифторида
молибдена. Методом электрохимической импедансной спектроскопии установлено, что
частичное замещение O2– анионами F в структуре MoO3
приводит к повышению электропроводности (1,8·10–6 См/см для MoO2,8F0,2
против 4,4·10–9 См/см для MoO3), что связано с
перераспределением заряда в решетке, приводящем к понижению в некоторой мере
степени окисления молибдена за счет появления Mo5+. В рамках данного
исследования оксифторид молибдена оценен в качестве катодного материала
Li-ионного аккумулятора. В частности, посредством гальваностатического
разряда/заряда показано, что MoO2,8F0,2 характеризуется
повышенной стабильностью циклирования по сравнению с MoO3,
вследствие ослабления электростатического взаимодействия между ионами Li+
и слоями искаженных октаэдров MoO6. 10-кратное циклирование
оксифторида молибдена при плотности тока 30 мА/г в диапазоне от 3,5 до 1,5 В
показало, что его обратимая емкость составляет 160 мА·ч/г, в то время как
емкость MoO3 не превышает 120 мА·ч/г. Методом циклической
вольтамперомметрии изучен механизм электрохимического взаимодействия
оксифторида молибдена с ионами Li+. Полученные данные отражают
перспективность разработанного способа модификации положительного электрода
Li-ионного аккумулятора на основе оксида переходного металла.

Ключевые слова: Li-ионный
аккумулятор; катод; MoO3; оксифторид молибдена; необратимая емкость;
циклируемость

 

2016, Т. 59, № 12, Стр. 63-70