Введение к работе
Актуальность темы. За последние десятилетия литий-ионный аккумулятор (ЛИА) стал привычной компонентой бытовой и военной техники Высокие весовые и габаритные характеристики ЛИА обусловили широкое использование его в электронных устройствах, преимущественно использующих цифровую переработку информации Однако массовое производство ЛИА в России до сих пор отсутствует Одной из основных причин этого является отсутствие массового потребителя, поскольку основная масса электронной техники поступает к нам из-за рубежа уже снабженная ЛИА производства страны-изготовителя самой техники Рынок ЛИА в России только формируется При этом основными заказчиками выступают военные ведомства, потребности которых ограничены, что накладывает определенные ограничения на объемы производства ЛИА Политика руководства нашей страны, делающего ставку на приоритетное развитие инновационных технологий, создает предпосылки для возникновения в России расширяющегося спроса на источники питания автономной техники, что делает разработку отечественных вариантов ЛИА перспективным направлением развития производства вторичных химических источников тока
В мировой практике уже сформировался рынок не только самих ЛИА, но и отдельных компонентов, из которых состоит ЛИА Решая задачу организации производства ЛИА, целесообразно использовать возможности мирового рынка В то же время механическое сложение компонент не создаст работоспособное изделие Необходим определенный объем исследований, обеспечивающих совмещение свойств разнородных материалов и между собой и с конкретным оборудованием, используемым при изготовлении ЛИА данным производителем
В рамках настоящей работы нами выполнено исследование, направленное на создание ЛИА с электролитом на основе этиленкарбоната (ЭК) В ходе этого исследования показано, что оптимальный выбор и сочетание имеющихся на рынке материалов позволяет создать ЛИА, отвечающий требованиям самого взыскательного заказчика, особенно в отношении температурного интервала работоспособности Тем не менее, использование электролита, содержащего ЭК, имеет определенные ограничения Как этот растворитель, так и другие компоненты такого электролита в России не производятся
В ходе разработок первичных литиевых источников тока было показано, что содержащие SO2 электролиты на основе пропиленкарбоната (ПК), могут образовывать на углеродных электродах поверхностные слои, аналогичные по свойствам слоям, формируемым электролитами на основе ЭК Однако в этих работах существование и устойчивость интеркалации/деинтеркалации иона лития в углеродную матрицу с поверхностным слоем, образованным S02, не исследовались Для реализации возможности использования электролита, содержащего в качестве добавки
SO2 необходимо завершить цикл исследований электрохимического поведения углеродных материалов в электролитах, содержащих SOi и показать устойчивость работы не только отрицательного, но и положительного электрода, а также элемента в целом
Цель работы. Разработка, изготовление и исследование свойств ЛИА с электролитами на основе ЭК и ПК + SO2
Задачи исследования:
Для ЛИА с электролитом на основе ЭК
установить зависимость удельных характеристик отдельных электродов от состава активных масс и компонентов электролита
- определить зависимость зарядной и разрядной емкости ЛИА от
плотности тока и температуры
Для ЛИА с электролитом ПК + S02
- определить механизм реакций, имеющих место при формировании
поверхностного слоя
установить для отрицательного электрода сохранность поверхностного слоя и величину саморазряда при хранении, зависимость зарядной и разрядной емкости от плотности тока, а также устойчивость характеристик при циклировании
- подтвердить сохранность характеристик положительного электрода
при переходе от электролита с ЭК к электролиту с ПК
- установить возможность цитирования такого ЛИА
Научная новизна.
Установлены условия сохранности поверхностного слоя, определена зависимость зарядной и разрядной емкости от плотности тока
Найдены области преимущественного формирования зарядной и разрядной емкостей
Показана возможность длительного устойчивого циклирования углеродного электрода в электролите ПК + SCb
Практическая значимость.
Разработан, изготовлен и испытан образец литий-ионного аккумулятора, который служит прототипом для мелкосерийного производства литий-ионных батарей
Показана принципиальная возможность замены электролита на основе этиленкарбоната на электролит на основе пропиленкарбоната с добавкой диоксида серы
Положения вынесенные на защиту.
Для ЛИА с электролитом на основе ЭК
- зависимость удельных характеристик отдельных электродов от
состава активных масс и компонентов электролита
- результаты исследования зависимости зарядной и разрядной емкости
ЛИА от токов заряда и разряда и температуры
Для ЛИА с электролитом ПК + SO2
механизм реакций, имеющих место при формировании поверхностного слоя
сохранность поверхностного слоя и величины саморазряда при хранении, условия заряда и разряда, а также устойчивость характеристик при циклировании отрицательного электрода
сохранность характеристик положительного электрода при переходе от электролита с ЭК к электролиту с ПК
продолжительность циклирования отрицательного электрода и ЛИА в целом
Авторский вклад
Организация разработки литий-ионного аккумулятора, составление программы исследования макета, формулировка основных положений исследования ЛИА с электролитом на основе ПК, участие в обработке и обсуждении результатов
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены
на III Международном симпозиуме «Приоритетные направления в развитии
химических источников тока» (Плес, Россия 2004 г) (3 доклада), на
Всероссийском симпозиуме «Эффекты среды и процессы
комплексообразования в растворах» (Красноярск 200бг) (2 доклада), на IX
Международной конференции «Фундаментальные проблемы
преобразования энергии в литиевых электрохимических системах» (Уфа 2006 г ) (6 докладов)
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 14 ііечатньгх работ, в том числе 2 статьи в центральной печати и 12 тезисов и материалов научных конференций
Структура и объем работы.
Диссертационная работа содержит 4 главы и список литературы Общий объем работы составляет 120 страниц, включая 80 рисунков, 30 таблиц и библиографию из 120 наименований
