Фосфооливин (LiFePO4) является на сегодняшний день наиболее перспективным катодным материалом, который, по мнению многих авторов, должен прийти на замену используемому в литий-ионных батареях кобальтиту лития (LiCoO2). Основными недостатками LiCoO2 являются высокая стоимость кобальта, а также ряд проблем, связанных с безопасностью эксплуатации таких батарей, особенно при повышенных температурах. Основным же недостатком фосфооливина, кроме всего прочего, является низкая удельная проводимость, что усложняет его использование при высоких скоростях заряда и разряда.
В работе, опубликованной в журнале Nature Materials, группа учёных из США и Франции сообщает о том, что фосфооливин может быть успешно заменён на аналог этого соединения – LiFeSO4F, который обладает гораздо большей проводимостью. Порошки LiFeSO4F были приготовлены путём взаимодействия сульфата железа (II) с фторидом лития в ходе гидротермальной обработки в среде ионной жидкости. Рисунки 1 и 2 дают представление о кристаллической структуре и микроморфологии синтезированного порошка LiFeSO4F. Соединение стабильно вплоть до 375oC, о чём свидетельствуют данные ТГА и высокотемпературного рентгенофазового анализа (Рис. 3). Исследование электрохимического поведения данного соединения показало, что его максимальная электрохимическая ёмкость составляет ~130-140 мА*ч/г, что соответствует примерно ~0,9 иона лития на один структурный элемент и ненамного ниже, чем у фософооливина (~160 мА*ч/г). При этом даже при относительно высоких скоростях заряда (~C) электрохимическая ёмкость материала сохраняется достаточно высокой (Рис. 4 и 5). Проводимость у данного материала при комнатной температуре на ~3 порядка выше, чем у фосфооливина (Рис. 6), что особенно важно для сильноточных применений, например, в аккумуляторах электромобилей.
Авторы работы уверены, что фторсульфат лития-железа со структурой оливина (LiFeSO4F) благодаря своим уникальным свойствам в скором времени потеснит фосфооливин (LiFePO4) в борьбе за право использоваться в качестве катода в литий-ионных батареях.
