ООО «Институт Гипроникель», Санкт-Петербург, Россия

Косов Я. И., старший научный сотрудник Департамента по исследованиям и разработкам лаборатории пирометаллургии, канд. техн. наук, эл. почта: KosovYaI@nornik.ru
Богатырев Д. М., научный сотрудник Департамента по исследованиям и разработкам лаборатории пирометаллургии, эл. почта: BogatyrevDM@nornik.ru
Иванова Е. А., инженер 2-й категории Департамента по исследованиям и разработкам лаборатории пирометаллургии, эл. почта: IvanovaElAn@nornik.ru
Пакальнис В. В., научный сотрудник Департамента по исследованиям и разработкам лаборатории гидрометаллургии, эл. почта: PakalnisVV@nornik.ru

В рамках реализации инвестиционных проектов по расширению линейки товарной продукции ПАО «ГМК «Норильский никель» ООО «Институт Гипроникель» выполнены исследования синтеза предшественников катодных материалов (PCAM) и получения катодных материалов (CAM) литийионных батарей — продуктов с высокой добавленной стоимостью. На основе результатов анализа научной литературы отмечено, что методики проведения высокотемпературного литирующего обжига характеризуются разнообразием. В связи с этим представлены результаты поисковых лабораторных исследований получения активных катодных материалов (САМ) на основе слоистого литий-никель-кобальт-марганцевого оксида путем высокотемпературной обработки соединений прекурсора (РСАМ) с источником лития по одностадийной и двухстадийной технологиям. Проведено сравнение электрохимических характеристик катодных материалов, полученных по разным технологиям, исследованы их химические и фазовые составы, грануло-метрические характеристики, а также морфология поверхности частиц. При анализе катодных материалов методом рентгенофазового анализа установлено, что при проведении высокотемпературного литирующего обжига по одностадийной технологии показатель соотношения интенсивностей I₀₀₃/I₁₀₄ выше, чем при ведении процесса в две стадии, что свидетельствует о пониженном катионном смешении между ионами лития и никеля. Следствием этого является повышение электрохимических характеристик катодных материалов, полученных по одностадийной схеме. Сравнение полученных в данной работе катодных материалов с коммерческими образцами производства КНР указывает на то, что подобранные условия обжига позволяют получать продукцию, в значительной степени соответствующую уровню на мировом рынке литийионных аккумуляторов.

1. Савина А. А., Боев А. О., Орлова Е. Д., Морозов А. В. и др. Никель — ключевой элемент энергетики будущего // Успехи химии. 2023. Т. 92, вып. 7. RCR5086. DOI: 10.59761/RCR5086
2. Корнеев С. И. Никель и электромобиль — совместные перспективы // Цветные металлы. 2018. № 7. С. 19–26.
3. Антипов Е. В., Абакумов А. М., Дрожжин О. А., Погожев Д. В. Литий-ионные электрохимические накопители энергии: современное состояние, проблемы и перспективы развития производства в России // Теплоэнергетика. 2019. № 4. С. 5–11.
4. Zhou D., Guo X., Zhang Q., Shi Y. et al. Nickel-based materials for advanced rechargeable batteries // Adv. Funct. Mater. 2022. Vol. 32. P. 1–35.
5. Delmas C., Carlier D., Guignard M. The layered oxides in lithium and sodium-ion batteries: a solid-state chemistry approach // Advan ced Energy Materials. 2021. Vol. 11, Iss. 2. P. 2001201–2001220.
6. Kalyani P., Kalaiselvi N. Various aspects of LiNiO2 chemistry: A review // Science and Technology of Advanced Materials. 2005. Vol. 6. P. 689–703.
7. Ohzuku T., Ueda A., Nagayama M. Electrochemistry and structural chemistry of LiNiO2 (R3m) for 4V secondary lithium cells // J. Electrochem. Soc. 1993. Vol. 140. P. 1862–1870.
8. Julien C., Nazri G. A., Rougier A. Electrochemical performances of layered LiM1 – yM'yO y 2 (M = Ni, Co; M' = Mg, Al, B) oxides in lithium batteries // Solid State Ionics. 2000. Vol. 135, Iss. 1-4. P. 121–130.
9. Yang X. Q., Sun X., McBreen J. Structural changes and thermal stability: in situ X-ray diffraction studies of a new cathode material LiMg0.125Ti0.125Ni0.75O2 // Electrochem. Commun. 2000. Vol. 2, Iss. 10. P. 733–737.
10. Kim J., Amine K. The effect of tetravalent titanium substitution in LiNi1-xTixO2 (0.025<x<0.2) system // Electrochem. Commun. 2001. Vol. 3, Iss. 2. P. 52–55.
11. Yan-Hui Chen, Jing Zhang, Yi Li, Yong-Fan Zhang et al. Effects of doping high-valence transition metal (V, Nb and Zr) ions on the structure and electrochemical performance of LIB cathode material LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. Vol. 23, Iss. 19. P. 11528–11537.
12. Eftekhari A. Future lithium-ion batteries // The Royal Society of Chemistry. 2019. P. 48. DOI: 10.1039/9781788016124
13. Ashton T. E., Baker P. J., Sotelo-Vazquez C., Footer C. J. M. et al. Stoichiometrically driven disorder and local diffusion in NMC cathodes // J. Mater. Chem. A. 2021. No. 9. P. 10477–10486.
14. Dahn J. R., von Sacken U., Michal C. A. Structure and electrochemistry of Li1-yNiO2 and a new Li2NiO2 phase with the Ni(OH)2 structure // Solid State Ionics. 1990. Vol. 44, Iss. 1-2. P. 87–97.
15. Li W., Erickson E. M., Manthiram A. High-nickel layered oxide cathodes for lithium-based automotive batteries // Nat. Energy. 2020. Vol. 5. P. 26–34.
16. Savina A. A., Abakumov A. M. Benchmarking the electrochemical parameters of the LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 positive electrode material for Li-ion batteries // Heliyon. 2023. Vol. 9. e21881. P. 1–11.