CC BY
17
Сведения об авторах
Тимощик Ольга Александровна
студентка, Апатитский филиал Мурманского государственного технического университета, г. Апатиты, [email protected] Щелокова Елена Анатольевна
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, [email protected] Касиков Александр Георгиевич
кандидат химических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, [email protected]
Timoshchik Olga Aleksandrovna
Student, Apatity Branch of the Murmansk State Technical University, Apatity,
Shchelokova Elena Anatolevna
Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, [email protected] Kasikov Alexander Georgievich
PhD (Chem.), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.375-383 УДК 535:361:456.34:882
Р. А. Титов, Н. В. Сидоров, Н. А. Теплякова, М. Н. Палатников
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
ВЛИЯНИЕ БОРА НА ВЫРАЩИВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ НИОБАТА ЛИТИЯ
Аннотация. Выполнен анализ исследований монокристаллов LiNbO3 : B (0,83 и 1,24 мол. % B2O3 в шихте), выращенных методом Чохральского из шихты, полученной с использованием гомогенно легированного прекурсора Nb2O5 : B и твердофазной лигатуры. По увеличению Тс кристаллов LiNbO3 : B ра^читана концентрация Li2O и количество структурных дефектов Nbu в выращенных монокристаллах. Установлено, что примесь бора приближает к единице коэффициент распределения лития и ниобия в процессе роста, тем самым кристаллы LiNbO3 : B (0,83 и 1,24 мол. % B2O3 в шихте), выращенные из конгруэнтного расплава, приближаются по упорядочению структурных единиц к стехиометрическим кристаллам.
Ключевые слова: монокристалл, ниобат лития, легирование, катионы бора, фоторефрактивный эффект, комбинационное и фотоиндуцированное рассеяние света.
R. A. Titov, N. V. Sidorov, N. A. Teplyakova, M. N. Palatnikov
Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia
INFLUENCE OF BORON ON GROWING OF LITHIUM NIOBATE SINGLE CRYSTALS
Abstract. The analysis of the studies of single crystals of LiNbO3 : B (0,83 and 1,24 mol. % B2O3 in the charge) was performed. Doping LiNbO3 : В single crystals was carried out by both adding the dopant to the re-extract, when obtaining ultra-pure niobium pentoxide, and the solid phase ligature method. The concentration of Li2O and Nbu defects in grown single crystals is
calculated from the increase in Tc of LiNbO3 : B crystals. It is established that the boron impurity brings to 1 the distribution coefficient of lithium and niobium in the growing process. Thus, LiNbO3 : B crystals grown from a congruent melt approach the stoichiometric crystals in ordering the structural units of the cation sublattice.
Keywords: single crystal, lithium niobate, doping, cation B3+, photorefractive effect, Raman and photoinduced light scattering.
Введение
В настоящее время актуально получение композиционно однородных монокристаллов ниобата лития (LiNbOs), обладающих высокой стойкостью к повреждению оптическим излучением. Технологии выращивания номинально чистых и легированных кристаллов LiNbO3 из конгруэнтного расплава (R = Li / Nb ~ 0,946) в настоящее время хорошо отработаны. Основная задача, которая стоит перед исследователями, — получение кристаллов LiNbO3 высокой композиционной однородности, обладающих повышенным структурным упорядочением катионов вдоль полярной оси и стойких к оптическому повреждению. На сегодняшний день в промышленности используются, главным образом, кристаллы конгруэнтного состава (Li / Nb = 0,946) как наиболее макроскопически однородные по составу вдоль оси роста.
Идеальные стехиометрические кристаллы LiNbO3 не имеют многочисленных дефектов, возникающих по причине нестехиометрии. Однако стехиометрический состав очень часто не соответствует конгруэнтному составу, из-за чего выращивание соединений стехиометрического состава становится затруднительным. Это происходит по причине того, что в пограничном слое расплав — кристалл наблюдается разделение ионов. Для нестехиометрических оксидных соединений с широкой областью гомогенности, каким является ниобат лития, разделение ионов происходит даже при конгруэнтном составе [1].
В данной работе предпринята попытка объяснить причины повышенного упорядочения структурных единиц катионной подрешётки и повышенного сопротивления повреждению оптическим излучением кристаллов LiNbO3, выращенных из конгруэнтного расплава, легированных бором. Были получены и исследованы два кристалла: LiNbO3 : В (0,83 и 1,24 мол. % в шихте). Результаты для кристаллов, легированных бором, сравнивались с результатами, полученными для номинально чистых LiNbOзстех. и LiNbOзконг..
Эксперимент
Все кристаллы выращивались в воздушной атмосфере методом Чохральского на установке «Кристалл-2». Номинально чистые конгруэнтные кристаллы ПМЬОзконг. и LiNbO3 : В (0,55-1,24 мол. % в шихте) выращивались из расплава конгруэнтного состава. Кристалл LiNbOзстех. выращивался из расплава с содержанием Li2O ~ 58,6 мол. %. Кристалл LiNbO3 : В (1,24 мол. % В2О3 в шихте) был получен с использованием гомогенного легирования бором прекурсора Nb2Os [2]. Кристалл LiNbO3 : B (0,83 мол. % В2О3 в шихте) — методом прямого твердофазного легирования [3].
Результаты и их обсуждения
Согласно фазовой диаграмме системы Li2O — Nb2Os [4] (рис., а) ниобат лития обладает широкой областью гомогенности и является фазой переменного состава, что позволяет выращивать кристаллы с различным отношением R. При R
~ 0,946 кристалл является конгруэнтным, поскольку состав кристалла соответствует составу расплава. Во всех других случаях состав расплава не соответствует составу растущего из него кристалла, в том числе и при Я = 1.
Оптическая и структурная однородность выращенного монокристалла LiNbOз зависит, в первую очередь, от способа выращивания, а также от состава и качества шихты. Изначальный строго конгруэнтный состав шихты перестаёт быть строго конгруэнтным после введения в неё легирующего компонента. Это, в свою очередь, приводит к увеличению разнообразия ионных комплексов в расплаве вблизи фронта кристаллизации. Из всего разнообразия ионных комплексов в первую очередь будет протекать кристаллизация тех комплексов, чья температура является солидусной (Тс) [5]. При этом в процессе кристаллизации уменьшается объём и изменяется состав расплава, что приводит к снижению содержания ионных комплексов, способных образовывать кристалл с неизменной концентрацией примеси. Коренным образом изменённый состав расплава способствует образованию дефектной структуры: ячеистого роста, кристаллизации фаз иного состава, неоднородному распределению легирующего компонента вдоль оси роста и др. Таким образом, легированные кристаллы LiNbOз можно вырастить из расплава методом Чохральского с равномерным распределением легирующего компонента вдоль оси роста кристалла только при кристаллизации строго определённой части расплава.
Фазовая диаграмма системы Li20 — Nb205 области LiNb03 (a); фазовая диаграмма системы Li20 — B2O3 области Li2B4O7 (б) Phase diagram of the Li2O — Nb2O5 system of the LiNbO3 region (a); phase diagram of the Li2O — B2O3 system of the Li2B4O7 region (б)
Легирование шихты для получения кристаллов LiNbO3 неметаллическим элементом (бором) имеет свои необычные особенности [6]. Согласно данным авторов [5], бор не должен входить в кристалл ниобата лития [6], поскольку фаза LiNbO3 не имеет области растворимости бора в твёрдом состоянии. Но соединения бора могут использоваться в качестве флюса. Таким образом, единственной кристаллизующейся фазой из двухфазной области является LiNbO3 конгруэнтного состава. В то же время при кристаллизации LiNbO3 будет
происходить рост концентрации бора в расплаве, приводящий к росту вязкости расплава и снижению температуры кристаллизации. Таким образом, выращенный монокристалл Ы№Оз по химическому составу и структурным особенностям будет соответствовать кристаллу, выращенному из нелегированного расплава. Причём такой кристалл будет отличаться более высоким упорядочением структурных единиц и более низкой концентрацией точечных и комплексных дефектов по сравнению с кристаллом конгруэнтного состава. По количеству основных точечных дефектов (ионов №5+, находящихся в позициях ионов Ы+) он будет приближаться к кристаллу стехиометрического состава.
Изучение состава расплава, механизмов кристаллизации и способов повышения структурной однородности кристаллов ниобата лития подробно рассмотрено в работах Ша [7-10]. В работах [7, 8] они исследовали электродвижущую силу кристаллизации (ЭДС) во время роста кристалла Ы№Оз методом микровытягивания (ш-РБ). Механизм ЭДС кристаллизации ЫКЬОэ из расплава они объяснили с помощью модели, в которой разделение ионов в расплаве образует суммарный заряд на границе кристалл — расплав, приводящий к развитию ЭДС. В работе [11] были предложены следующие механизмы реакций, возникающих при диссоциации и ионизации в расплаве ниобата лития:
2Ы№Оз = П2О + №205, (1)
Ы2О = Ы+ + ОЫ-, (2)
№2О5 = №2О4У2+ + О2- (3)
Авторы работы [1] рассчитали равновесный коэффициент распределения к0 для семи химических соединений (ЫЫЬОз, Ы2О, №2О5, Ы+, ОЬг, №2О4У2+, О2-) и пришли к выводу, что в расплаве каждый ион в отдельности обладает собственным и неединичным значением ко- Это говорит о том, что каждый ион накапливается либо истощается в пограничном слое кристалл — расплав, т. е. ко < 1 либо ко > 1 соответственно.
Во время роста кристаллов из оксидного расплава, характеризующегося высокой степенью диссоциации, на границе роста может возникать собственное электрическое поле по двум причинам [9]: 1) эффект Зеебека в жидкой и твердой фазах; 2) электродвижущая сила кристаллизации (ЭДС) на границе роста. ЭДС кристаллизации возникает из-за разницы в концентрации между катионами и анионами в пограничном слое растворенного вещества как результат разделения ионных частиц. При выращивании кристалла Ы№Оз, обладающего широкой областью гомогенности, разница концентраций катионов и анионов в пограничном слое растворенного вещества обусловлена особенностями фазовой диаграммы [12]. Напротив, для кристалла Li2B4О7, обладающего очень узкой областью гомогенности, конгруэнтный состав совпадает со стехиометрическим, поэтому в его пограничном слое не возникает ЭДС [11].
Известно, что коэффициент равновесного распределения не всегда равен единице в точке конгруэнтного плавления. Если материал имеет очень узкую область гомогенности (например, соединение Li2B407, конгруэнтный состав которого совпадает со стехиометрическим), то коэффициенты распределения его составляющих частиц равны единице (рис., б) [13]. Напротив, ЫКЬОз — материал с достаточно широкой областью гомогенности, чей конгруэнтный состав отличается от стехиометрического и всегда демонстрирует разделение ионов в пограничном слое, даже в случае выращивания кристалла из расплава конгруэнтного состава (рис., а) [13].
Большинство оксидных расплавов проявляют электропроводность, что
предполагает присутствие в расплаве заряженных частиц. Диссоциация LiNbОз,
как было сказано выше, протекает с образованием Li2О и №205, которые
ионизируются до Li+, OLi-, Nb204V2+ и О2- соответственно. Концентрация этих
ионов зависит от состава и температуры расплава. Считается, что коэффициенты
распределения равны единице при конгруэнтном составе, поскольку линия
солидуса совпадает с линией ликвидуса и, таким образом, состав твердой и
жидкой фаз идентичны. Однако это положение не может быть справедливым для
химических компонентов (в частности, ионов), входящих в состав расплава [13].
Для соединения LiNb0з, характеризующегося достаточно широкой
областью гомогенности на фазовой диаграмме, коэффициент равновесного
распределения ионов не равен единице, что приводит к возникновению ЭДС. Это
происходит по причине того, что равенства
Li20 _ Li2O 5(20 _ yLi2O _ ..
Ц5(Т) - Ц5(Т,о) и а5(т) - Л5(Т) - 1,
где Ц^О — химический потенциал Li2O в твёрдой фазе при температуре Т; ^5(2% — стандартный химический потенциал Li2O в твёрдой фазе при температуре Т; а^О — активность Li2O в твёрдой фазе при температуре Т; Хс}^0 — чистая концентрация Li2O в твердом LiNb0з при температуре Т —
не выполняются для соединения LiNbOз конгруэнтного состава, поскольку состав области твёрдых растворов, уравновешенный с жидкой фазой, не является постоянным и изменяется в зависимости от температуры ликвидуса [13].
Известно, что стехиометрический состав определяется как состав, который состоит из элементов с целочисленным соотношением по их количеству. Несмотря на это, в работе [8] авторы выдвинули иную концепцию: состав является стехиометрическим тогда, когда активность всех составляющих его элементов равна единице. Это позволяет сфокусироваться не только на составе, но и на тонких особенностях дефектной структуры оксидного материала. Так, авторами [9] был выращен кристалл ниобата лития конгруэнтного состава из расплава конгруэнтного состава, легированный Mg, который в то же время оказался стехиометрическим, cs-MgO : LN, поскольку не наблюдалось разделение ионных частиц в расплаве. Равновесный коэффициент распределения всех ионов был равен единице при рассмотрении тройной конгруэнтной системы MgO — Li2O — Nb2O5 = 4,5 : 45,5 : 50,0 [9], как в случае со стехиометрическим Li2B407.
В работах [14, 15] было отмечено, что температура Кюри (Тс), т. е. температура фазового перехода, при которой наблюдается переход из сегнетоэлектрической в параэлектрическую фазу, протекающий со смещением катионов Li и № в центросимметричное положение кислородных октаэдров, варьируется с изменением стехиометрии и концентрации легирующей примеси. O'Bryan в своей работе [14] привёл формулы, выведенные из экспериментальных данных для определения концентрации Li2O в выращенном монокристалле ниобата лития (табл.). В наших работах [15] проведена серия собственных экспериментов и выведены аналогичные формулы на основе собственных данных (табл.). В то же время в работе [10] приводится формула, позволяющая рассчитать концентрацию дефектов N^1 в кристаллах ниобата лития в зависимости от температуры Кюри (табл.).
Расчёт концентрации Li2O (в мол. %) и дефектов NbLi (в мол. %) в кристаллах LiNbOзконг. и LiNbO3 : B (0,83 и 1,24 мол. % в шихте)
по температуре Кюри Calculation of the concentration of Li2O (mol. %) and defects of NbLi (mol. %) in LiNbO3cong. and LiNbO3 : B (0,83 and 1,24 mol. % in charge) crystals correspond to the Curie temperature
Тс Конг. 0,83 мол. % B2O3 1,24 мол. % B2O3
1145 1189 1190
Тс = -637,30 + 36,70 • C(Lt2O) [14] 48,56 49,76 49,76
Тс = 9095,2 - 369,05 • C(Lt2O) + 1,228 • C2(Li2O) [14] 48,57 49,54 49,56
Тс = -442,77 + 32,617 • C(Lt2O) [15] 48,68 50,03 50,06
Тс = -11328 + 477,77 • C(Lt2O)-4,551 • C2(Li2O) [15] 48,68 50,28 50,33
Гс = 3,7827 • C2(Nbi;)-49.47 • C(Nbi;) + 1186.6 [17] 0,9 0 0
На основе данных таблицы можно заключить, что с увеличением концентрации бора в шихте ниобата лития и, как следствие, в расплаве наблюдается увеличение содержания оксида лития в выращенных монокристаллах. С точки зрения классического определения стехиометрической структуры кристалла необходимо выполнение чередования Ы, № и вакантного октаэдра с одновременным условием сохранения стехиометрии (Я = Ы / № = 1). Приближение структуры кристалла Ы№Оз : В к стехиометрической подтверждают данные КРС, свидетельствующие об изменении порядка чередования основных, легирующих катионов и вакансий вдоль полярной оси кристалла [16]. В этой работе по концентрационной зависимости ширин линий КРС было установлено, что в кристаллах LiNbOз : В наблюдается область повышенного упорядочения структурных единиц катионной подрешетки. В исследованной серии монокристаллов существенно понижено количество дефектов №ы, благодаря чему кристаллы характеризуется более низким эффектом фоторефракции по сравнению с кристаллом конгруэнтного состава [16], что хорошо коррелирует с значением С(КЬы), приведённым в таблице. Несмотря на то что данные формулы позволяют приводить достаточно условные расчёты, прослеживается прямая зависимость увеличения содержания лития в кристалле и приближение структуры исследуемых кристаллов к стехиометрической с одновременным снижением величины С(КЬы).
При плавлении ниобата лития происходит существенная перестройка анионной структуры, в результате которой координация атомов ниобия изменяется с октаэдрической на тетраэдрическую. Сильная ковалентная связь подразумевает возможность сохранения структуры оксианионов в расплавленном состоянии. Можно предположить, что боросодержащие полианионы, концентрация которых увеличивается с увеличением бора в шихте, образуют устойчивые ковалентные связи с ниобийсодержащими полианионами в расплаве, тем самым связывая избыток ниобия. Это, в свою очередь, способствует выравниванию активностей лития в твёрдой и жидкой фазах, что приводит к01 к 1. В расплаве Ы№Оз конгруэнтного состава происходит перестройка структуры расплава за счёт присутствия комплексообразующего элемента (бора), в результате чего расплав по соотношению Ы / № становится в большей степени стехиометрическим. Рост содержания лития в расплаве и, как следствие, в кристалле с одновременным снижением концентрации
основных структурных дефектов Nbj объяснят высокую стойкость кристалла к повреждению оптическим излучением и повышенное упорядочение структурных единиц катионной подрешётки. С этой точки зрения кристаллы LiNbO3 : В по стехиометрии приближаются к R = 1 и в то же время схожи с кристаллом cs-LiNbO3 : Mg, который является конгруэнтным и стехиометрическим одновременно. В работе [17] было установлено, что диффузионный механизм фоторефракции преобладает в кристаллах с большим содержанием мелких электронных ловушек. Согласно нашим экспериментальным данным, кристалл LiNbO3 : B обладает Ed = 25 V/cm против 1749 V/cm у кристалла стехиометрического состава, выращенного из расплава с избытком оксида лития. Эти данные характеризуют превосходство кристаллов LiNbO3 : B над кристаллом стехиометрического состава, выращенного из расплава с избыточным содержанием оксида лития (58,6 мол. % Li2O).
Заключение
Легирующая добавка бора входит в структуру кристалла LiNbO3 на уровне следовых количеств. Но, несмотря на это, при изменении концентрации бора в шихте происходит увеличение упорядочения основных, легирующих катионов и вакансий вдоль полярной оси кристалла. Структурируя расплав, примесь бора приближает к0 лития и ниобия к единице. Тем самым по упорядочению структурных единиц номинально чистые кристаллы LiNbO3 : В в большей степени становятся похожи на кристалл стехиометрического состава. В то же время добавка бора уменьшает количество дефектов NbLi и, вероятно, снижает содержание неконтролируемых примесей, тем самым понижая эффект фоторефракции в монокристалле. Таким образом, в работе показано, что путём структурирования расплава неметаллическим элементом (бором) можно эффективно регулировать композиционную однородность, особенности вторичной структуры, в том числе количество точечных дефектов катионной подрешетки, влияющих на величину фотоэлектрических полей в кристалле ниобата лития.
Литература
1. Tiller W. A., Uda S. Intrinsic LiNbO3 melt species partitioning at the congruent melt composition I. Static interface case // J. Cryst. Growth. 1993. Vol. 129. P. 328-340.
2. Сравнение структуры и оптической однородности кристаллов LiNbO3 : Mg, выращенных из шихты различного генезиса / М. Н. Палатников и др. // Неорганические материалы. 2013. Т. 49, N° 7. С. 765-770.
3. Получение и свойства кристаллов ниобата лития, выращенных из расплавов конгруэнтного состава, легированных бором / М. Н. Палатников и др. // Труды КНЦ РАН. Химия и материаловедение. 2015. № 31. С. 434-438.
4. Abrahams S. C., Reddy J. M., Bernstein J. L. Ferroelectric lithium niobate single crystal x-ray diffraction study at 24° C // J. Phys. Chem. Solids. 1966. Vol. 27. P.997-1012.
5. Can H., Shichao W., Ning Y. Subsolidus phase relations and the crystallization region of LiNbO3 in the system Li2O — B2O3 — Nb2Os // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 502. P. 211-214.
6. Структурный беспорядок кристаллов LiNbO3 : В и его проявление в спектре комбинационного рассеяния света / Н. В. Сидоров и др. // Журнал прикладной спектроскопии. 2016. Т. 83, № 5. С. 707-714.
7. Influence of impurity doping on the partitioning of intrinsic ionic species during the growth of LiNbO3 crystal from the melt / H. Kimura et al. // J. Cryst. Growth. 2009. Vol. 311. P. 1553-1558.
8. Fujii S., Uda S. Growth of congruent-melting lithium tantalite crystal with stoichiometric structure by MgO doping // J. Crystal Growth. 2013. Vol. 383. P. 63-66.
9. Kimura H., Uda S. Conversion of non-stoichiometry of LiNbO3 to constitutional stoichiometry by impurity doping // J. Crystal Growth. 2009. Vol. 311. P. 4094-4101.
10. Koyama C., Nozawa J. Investigation of defect structure of impurity-doped lithium niobate by combining thermodynamic constraints with lattice constant variations // J. Appl. Phys. 2015. Vol. 117. P. 014102(1-7).
11. Uda S., Tiller W. A. The dissociation and ionization of LiNbO3 melts // J. Cryst. Growth. 1992. Vol. 121. P. 155-190.
12. Koh S., Uda S., Huang X. Partitioning of ionic species and crystallization electromotive force during the melt growth of LiNbO3 and Li2B4O7 // Journal of Crystal Growth. 2007. Vol. 306. P. 406-412.
13. Uda S. Activities and equilibrium partition coefficients of solute constituents in the melts of oxide materials with and without solid solution // J. Crystal Growth. 2008. Vol. 310. P. 3864-3868.
14. O'Bryan H. M., Gallagher P. K., Brandle C. D. Congruent composition and Li rich phase boundary of LiNbO3 // J Am Ceram Soc. 1985. Vol. 68. P. 493-496.
15. Palatnikov M. N., Sidorov N. V. Effects of nonstoichiometry and doping on the Curie temperature and defect structure of lithium niobate // Inorganic Materials. 2000. Vol. 36, No. 5. P. 489-493.
16. Структурный беспорядок и оптические характеристики конгруэнтных кристаллов ниобата лития, выращенных из расплавов, легированных бором / Н. В. Сидоров и др. // Сибирский физический журнал. 2018. Т. 13, № 2. С. 70-79.
17. Фотоэлектрические поля и особенности вторичной структуры номинально чистых кристаллов ниобата лития, выращенных из шихты, легированной бором / Н. В. Сидоров и др. // Журнал технической физики. 2019. (В печати).
Сведения об авторах
Титов Роман Алексеевич
аспирант, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, [email protected] Сидоров Николай Васильевич
доктор физико-математических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, [email protected] Теплякова Наталья Александровна
кандидат физико-математических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, [email protected] Палатников Михаил Николаевич
доктор технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, [email protected]
Titov Roman Alekseevich
Postgraduate, Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, [email protected] Sidorov Nikolai Vasilyevich
Dr. Sci. (Phys. & Math.), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, [email protected] Teplyakova Natalya Alexandrovna
PhD (Phys. & Math.), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, [email protected] Palatnikov Mikhail Nikolayevich
Dr. Sc. (Eng.), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.383-388 УДК 66.091:546.34'73:621.355
Е. С. Трапезникова1, Р. И. Корнейков2
1Апатитский филиал Мурманского государственного технического университета, г. Апатиты, Россия
2Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
СИНТЕЗ КОБАЛЬТАТА ЛИТИЯ КАК КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Аннотация. Представлены результаты по изучению условий синтеза кобальтата лития. Разработана принципиальная схема комбинированного способа получения монофазного наноразмерного кобальтата лития стехиометрического состава, основанного на использовании золь-гель метода с твердофазным окончанием. Установлено влияние условий синтеза (концентрационный, временной и температурный параметры процесса) на физические свойства целевого продукта.
Ключевые слова: литий-ионные аккумуляторы, катодные материалы, кобальтат лития, золь-гель метод, твердофазный метод.
E. S. Trapeznikova1, R. I. Korneikov2
1Apatity Branch of the Murmansk State Technical University, Apatity, Russia 2Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia
THE SYNTHESIS OF LITHIUM COBALT OXIDE AS A CATHODE MATERIAL FOR LITHIUM ION BATTERIES
Abstract. This article presents the results of the study of the conditions for the synthesis of lithium cobalt oxide. A schematic diagram of a combined method for producing monophase nanoscale lithium cobalt oxide of stoichiometric composition based on the use of the sol-gel method with solid-phase termination, was developed. The influence of synthesis conditions (concentration, time and temperature parameters of the process) on the physical properties of the target product was established.
Keywords: Li-ion battery, cathode materials, lithium cobalt oxide, sol-gel method, solid-phase
method.
