The Dependence between the Structural-morphological Features of SiO2/TiO2 Mixes and Discharge Capacities of Lithium Power Sources

Abstract

Використовуючи метод рентгеноструктурного аналізу було вивчено вплив ударно-вібраційної обробки (УВО) на структурні параметри та фазовий склад сумішей діоксидів кремнію та титану. За допомогою методу трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ) встановлена зміна морфологічних особливостей нанорозмірних порошків. Методом гальваностатичного циклювання проаналізовано зміну зарядових ємностей літієвих джерел струму (ЛДС) внаслідок УВО основи катодного матеріалу. У даній роботі висвітлена залежність між зміною структурно-морфологічних особливостей, електронної структури та зарядовими ємностями ЛДС. Із порівняння СЕМ та ТЕМ зображень сумішей оксидів титану та кремнію до та після УВО встановлено, що внаслідок УВО відбувається одночасне подрібнення конгломератів вихідних компонент з подальшим рівномірним розподілом частинок оксидів один між одним та утворення нових агломератів з більш щільною структурою. Встановлена агломерація супроводжується зміною параметра гратки с зміною областей когерентного розсіювання кристалічного TiO2 в залежності від концентрації його в суміші. З результатів гальваностатичного циклювання встановлено, що зарядова ємність ЛДС з катодами на основі суміші після УВО є дещо більшою у порівнянні із зарядовою ємністю ЛДС з катодом на основі вихідної суміші. З результатів аналізу встановлено, що збільшення зарядової ємності ЛДС з катодом на основі сумішей після УВО є наслідком перерозподілу Sisd-, Tisd- та Op-валентних електронів та зміни структурно-морфологічних особливостей при утворенні міжатомної взаємодії між наночастинками оксидів.

The effect of mechanical treatment at microbraker (MBT) on the structural parameters and phase composition of mixtures of silicon and titanium dioxides was studied using the method of X-ray structural analysis. Transmission electron microscopy (TEM) revealed a change in the morphological features of nanoscale powders. The change in the discharge capacities of lithium power sources (LPS) due to the mechanical treatment of the cathode material base was analyzed by galvanostatic cycling. This paper highlights the relationship between changes in structural and morphological features, electronic structure, and charge capacities of LPS. From the comparison of SEM and TEM images of mixtures of titanium and silicon oxides before and after MBT, it is established that due to MBT, the agglomerates of the initial components are simultaneously crushed with perfect mixing of oxide particles between each other and new agglomerates with a denser structure are formed. The established agglomeration is accompanied by a change in the lattice parameter c with a change in the coherent scattering regions of crystalline TiO2 depending on its concentration in the mixtures. From the results of galvanostatic cycling, it is found that the charge capacity of the LPS with cathodes based on the mixture after treatment is somewhat larger compared to the charge capacity of the LPS with the cathode based on the initial mixture. The results of the analysis show that the increase of the charge capacity of the LPS with the cathode on the basic mixtures after treatment is a consequence of the redistribution of Sisd-, Tisd- and Op-valence electrons and changes of structural-morphological features in the formation of interatomic interaction between oxide particles.