Development of a new combined approach to the synthesis of a cathode material based on a solid solution of the composition Li2CoMn3O8

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Cathode materials based on solid solutions of the composition Li2CoMn3O8 were obtained by a combined method and their characteristics were studied. It was found that Li2CoMn3O8 has high electrochemical properties, which makes it a promising cathode material for lithium-ion batteries, an alternative to LiCoO2. Using X-ray phase analysis and spectrometry, the resulting phases were identified and their chemical composition was determined. Electron microscopy and Brunauer–Emmett–Teller methods were used to study the structure and morphology. A technological scheme for the production of Li2CoMn3O8 has been proposed, which ensures the formation of nano-sized samples with a high specific surface area and improved electrochemical characteristics. The electrochemical properties of the synthesized samples were studied.

Full Text

Restricted Access

About the authors

R. I. Korneykov

Sakhalin State University; Tananaev Institute of Chemistry - Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences” Science Centre of Russian Academy of Sciences

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Yuzhno-Sakhalinsk; Apatity

V. V. Efremov

Sakhalin State University; Institute of North Industrial Ecology Problems Separate subdivision of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Federal Research Center “Kola Science Center”

Author for correspondence.
Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Yuzhno-Sakhalinsk; Apatity

S. V. Aksenova

Tananaev Institute of Chemistry - Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences” Science Centre of Russian Academy of Sciences

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Apatity

K. A. Kesarev

Tananaev Institute of Chemistry - Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences” Science Centre of Russian Academy of Sciences

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Apatity

O. I. Akhmetov

Sakhalin State University

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Yuzhno-Sakhalinsk

O. B. Shcherbina

Tananaev Institute of Chemistry - Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences” Science Centre of Russian Academy of Sciences

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Apatity

I. R. Elizarova

Institute of North Industrial Ecology Problems Separate subdivision of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Federal Research Center “Kola Science Center”

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Apatity

I. G. Tananaev

Tananaev Institute of Chemistry - Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences” Science Centre of Russian Academy of Sciences

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Apatity

O. O. Shichalin

Sakhalin State University

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Yuzhno-Sakhalinsk

References

  1. Lim J., Choi A., Kim H. et al. // J. Power Sources. 2019. V. 426. P. 162. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.04.011
  2. Oh Y., Nam S., Wi S. et al. // Electron. Mater. Lett. 2012. V. 8. № 2. P. 91. https://doi.org/10.1007/s13391-012-2058-2
  3. Ohzuku T., Brodd R.J. // J. Power Sources. 2007. V. 174. № 2. P. 449. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.06.154
  4. Hata M., Tanaka T., Kato D. et al. // Electrochemistry. 2021. V. 89. № 3. P. 223. https://doi.org/10.5796/electrochemistry.20-65151
  5. Deng S., Xue L., Li Y. et al. // J. Electrochem. Energy Convers. Storage. 2019. V. 16. № 3. Р. 031004. https://doi.org/10.1115/1.4042552
  6. Belmesov A.A., Glukhov A.A., Kayumov R.R. et al. // Coatings. 2023. V. 13. № 12. P. 2075. https://doi.org/10.3390/coatings13122075
  7. Kalaiselvi N., Periasamy P., Thirunakaran R. et al. // Ionics (Kiel). 2001. V. 7. № 4–6. P. 451. https://doi.org/10.1007/BF02373583
  8. Minakshi M., Sharma N., Ralph D. et al. // Electrochem. Solid-State Lett. 2011. V. 14. № 6. P. A86. https://doi.org/10.1149/1.3561764
  9. Divakaran A.M., Minakshi M., Bahri P.A. et al. // Prog. Solid State Chem. 2021. V. 62. P. 100298. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2020.100298
  10. Wang R.-C., Lin Y.-C., Wu S.-H. // Hydrometallurgy. 2009. V. 99. № 3–4. P. 194. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2009.08.005
  11. Monajjemi M., Mollaamin F., Thu P.T. et al. // Russ. J. Electrochem. 2020. V. 56. № 8. P. 669. https://doi.org/10.1134/S1023193520030076
  12. Martha S.K., Nanda J., Veith G.M. et al. // J. Power Sources. 2012. V. 199. P. 220. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.10.019
  13. Sivajee Ganesh K., Purusottam reddy B., Jeevan Kumar P. et al. // J. Electroanal. Chem. 2018. V. 828. P. 71. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2018.09.032
  14. Kalyani P. // J. Power Sources. 2002. V. 111. № 2. P. 232. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(02)00307-5
  15. Ramesh Babu B., Periasamy P., Thirunakaran R. et al. // Int. J. Inorg. Mater. 2001. V. 3. № 4–5. P. 401. https://doi.org/10.1016/S1466-6049(01)00023-X
  16. Thirunakaran R., Kalaiselvi N., Periasamy P. et al. // Ionics (Kiel). 2001. V. 7. № 3. P. 187. https://doi.org/10.1007/BF02419227
  17. Bianchini M., Roca‐Ayats M., Hartmann P. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2019. V. 58. № 31. P. 10434. https://doi.org/10.1002/anie.201812472
  18. Wang Y., Shadow Huang H.-Y. // MRS Proc. 2011. V. 1363. Art. 530. https://doi.org/10.1557/opl.2011.1363
  19. Tsivadze A.Y., Kulova T.L., Skundin A.M. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2013. V. 49. № 2. P. 145. https://doi.org/10.1134/S2070205113020081
  20. Pechen L.S., Makhonina E.V., Medvedeva A.E. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 5. P. 777. https://doi.org/10.1134/S0036023621050144
  21. Zhou D., Chekannikov A.A., Semenenko D.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 9. P. 1488. https://doi.org/10.1134/S0036023622090029
  22. Kwon I.H., Park H.R., Song Y.Y. // Russ. J. Electrochem. 2013. V. 49. № 3. P. 221. https://doi.org/10.1134/S1023193513030099
  23. Shembel’ E.M., Apostolova R.D., Aurbach D. et al. // Russ. J. Appl. Chem. 2014. V. 87. № 9. P. 1260. https://doi.org/10.1134/S1070427214090122
  24. Sun Y.-K., Yoon C.S., Oh I.-H. // Electrochim. Acta. 2003. V. 48. № 5. P. 503. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(02)00717-X
  25. Kalyani P., Kalaiselvi N. // Sci. Technol. Adv. Mater. 2005. V. 6. № 6. P. 689. https://doi.org/10.1016/j.stam.2005.06.001
  26. Bianchini M., Fauth F., Hartmann P. et al. // J. Mater. Chem. A. 2020. V. 8. № 4. P. 1808. https://doi.org/10.1039/C9TA12073D
  27. Pouillerie C., Suard E., Delmas C. // J. Solid State Chem. 2001. V. 158. № 2. P. 187. https://doi.org/10.1006/jssc.2001.9092
  28. Hirano A., Kanno R., Kawamoto Y. et al. // Solid State Ionics. 1995. V. 78. № 1–2. P. 123. https://doi.org/10.1016/0167-2738(95)00005-Q
  29. Kalyani P., Kalaiselvi N., Renganathan N.G. et al. // Mater. Res. Bull. 2004. V. 39. № 1. P. 41. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2003.09.021
  30. Wang L., Chen B., Ma J. et al. // Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. № 17. P. 6505. https://doi.org/10.1039/C8CS00322J
  31. Salomatin A.M., Zinov’eva I.V., Zakhodyaeva Y.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. V. 69. P.1084. https://doi.org/10.1134/S0036023624601144
  32. Medvedeva A.E., Pechen L.S., Makhonina E.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 7. P. 829. https://doi.org/10.1134/S003602361907012X
  33. Kalaiselvi N., Kumar M.A., Prasath M.S. et al. // Ionics (Kiel). 2002. V. 8. № 5–6. P. 447. https://doi.org/10.1007/BF02376060
  34. Kawai H., Nagata M., Tukamoto H. et al. // J. Mater. Chem. 1998. V. 8. № 4. P. 837. https://doi.org/10.1039/a800604k
  35. Bai Y., Knittlmayer C., Gledhill S. et al. // Ionics (Kiel). 2009. V. 15. № 1. P. 11. https://doi.org/10.1007/s11581-008-0287-z
  36. West A.R., Kawai H., Kageyama H. et al. // J. Mater. Chem. 2001. V. 11. № 6. P. 1662. https://doi.org/10.1039/b101788h
  37. Tan T.Q., Osman R.A.M., Reddy M.V. et al. // EPJ Web. Conf. 2017. V. 162. P. 01053. https://doi.org/10.1051/epjconf/201716201053
  38. Ghiyasiyan-Arani M., Salavati-Niasari M. // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. № 29. P. 16498. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b02617
  39. Taha T.A., Elrabaie S., Attia M.T. // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2018. V. 29. № 21. P. 18493. https://doi.org/10.1007/s10854-018-9965-4
  40. Ivanishchev A.V., Gridina N.A., Rybakov K.S. et al. // J. Electroanal. Chem. 2020. V. 860. P. 113894. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2020.113894

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Rice. 1. X-ray diffraction patterns of synthesized Li2CoMn3O8 samples: a – ratio Li : Co, Mn = 2.5 : 1, τ = 2.5 h; b – Li : Co, Mn = 2.5 : 1, τ = 1.5 h; c – Li : Co, Mn = 2.23 : 1, τ = 2.5 h; d – Li : Co, Mn = 1.95 : 1, τ = 2.5 h.

Download (254KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. SEM images of Li2CoMn3O8 samples at different magnifications: a – ratio Li:Co,Mn = 2.5:1; b – Li:Co,Mn = 2.23:1.

Download (1MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. IR spectrum of Li2CoMn3O8 obtained at a ratio of Li:Co,Mn = 2.23:1.

Download (84KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Basic technological scheme for obtaining Li2CoMn3O8.

Download (281KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Complex impedance diagrams of Li2CoMn3O8 samples synthesized at a ratio of Li:Co,Mn = 2.5:1 (a) and 2.23:1 (b).

Download (175KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Equivalent circuit.

Download (34KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».