Зависимость емкости SiO2/Al2O3-катодов литиевых источников тока от энергетического перераспределения электронов, вызваного условиями синтеза нанокомпозитов

Зарядовая емкость катодов литиевых источников тока (ЛИТ) зависит от степени внедрения ионов в структурные каналы, дефекты и другие особенности развитой поверхности наноразмерных материалов. Поскольку взаимодействие ионов лития с поверхностными ионами наночастиц непосредственно зависит от энергетического распределения валентных электронов, особенно, в отрицательно-заряженных ионах, то важно выявить влияние на эти характеристики методов синтеза наноразмерных композитов. За результатами исследования электронной структуры компонент нанокомпозитов и их смесей обнаружено существенное зависимость зарядового состояния ионов от состава и различий их химических потенциалов. При этом било установлено нестабильность зарядовой емкости при циклировании ЛИТ с катодами изготовленными на основе смесей, полученных обычным перемешиванием. Анализ исследованной электронной структуры этих смесей обнаружил отсутствие изменений в энергетическом распределении валентных электронов в отношении к исходных компонентам и наличие в несвязующих полосах анионов электронов которые легко захватывает ион лития и в атомарном состоянии образует оксидные пленки.

Отличие химических потенциалов компонент способствует возникновению межатомного взаимодействия между поверхностными атомами соседних наночастиц при определенных условиях их обработки, которые допускают существенный контакт между наночастицами и перекрытие волновых функций валентных электронов на их поверхности. Трансмиссионные электронно-микроскопические исследования высокого разрешения смесей после ударно-вибрационной обработки обнаружили объединение наночастиц, межфазные границы которых близкие к межатомным расстояниям. Исследования энергетического распределения валентных электронов кислорода, кремния и алюминия ударно-обработанных композитов установили образование О р-связей на межфазных границах и увеличение заряда ионов кислорода вследствие переноса электронов от катионов в дополнительно расщепленные Ор-состояния.

Увеличение заряда кислорода привело к возрастанию зарядовой емкости катодов ЛИТ на основе полученных композитов. Увеличение заряда за счет заселения только связующих состояний привело к отсутствию рекомбинации ионов лития при взаимодействии с анионами кислорода, в следствии чего зарядовая емкость ЛИТ росла на 200 Ачас/кг при каждом последующем цикле, так как Li+ не образует оксидных пленок на поверхностях наночастиц в отличии от рекомбинированного атомарного лития. Это подтверждается отсутствием редокс пиков на циклических вольтамперограммах.

Исследование нанокомпозитов полученных пирогенным методом обнаружило отсутствие закономерностей увеличения заряда кислорода от соотношения компонент, вследствие отсутствия контроля в процессе синтеза.

Обнаруженный механизм интер-, деинтеркаляционных процессов и их зависимость от электронной структуры позволяет целенаправленно выбирать наноразмерные материалы и методы получения композитов для изготовления катодов ЛИТ со стабильными и высокими электрохимическими свойствами.