Автореферат (Разработка и исследование твердофазных электродов литиевого аккумулятора), страница 3

Увеличение содержания твердополимерного электролитадо 10 % приводит к снижению удельной емкости, что, очевидно, связано суменьшением содержания смешанного литий-металл фосфата в активной массекатода, а также с ухудшением гомогенности активной массы электрода. Дляанода оптимальным содержанием ТПЭ можно считать 10% (рисунок 8), чтотакжеподтверждаетсяданнымирентгеноструктурногоанализапораспределению титана и углерода на поверхности электродов.Такимобразом,врезультатепроведенныхэкспериментальныхисследований показано, что существует оптимальное соотношение междукомпонентамитвердофазного6 % ЭД: 8 % ТПЭ.Дляанодакатода:соответствующая86%LiFePO4/LiТi2(РО4)3:пропорциявыглядит15С, мА·ч/гС, мА·ч/г№ циклаi, мА/см21 – 6 %; 2 – 4 %; 3 – 10 %.Рисунок7–Влияниесодержанияэлектроп-роводящей добавки на удельнуюсоотношенийРисунок 8 – Влияние содержания ТПЭ наразрядную емкость твердофазного анода.емкость катодаследующим1 – 10 % ТПЭ; 2 – 5 % ТПЭ; 3 – 15 % ТПЭ.образом:между82%Li4Ti5O12: 8 % ЭД: 10 % ТПЭ.компонентамиэлектродаприводитНарушениекснижениюэффективности его эксплуатации.Электроды, изготовленные на основе синтезированного композитаLiFePO4/LiТi2(РО4)3, проходили испытания в реальных условиях эксплуатации впаре с анодом из металлического лития, а аноды на основе Li4Ti5O12 – с катодомна основе кобальтата лития.

Как показали проведенные исследования, макетаккумулятора с катодом на основе LiFePO4/LiТi2(РО4)3 обратимо циклируетсяпри плотностях тока 0,1–0,5 мА/см2, потеря емкости за 150 циклов зарядаразряда составила 0,06-0,08 % за цикл в зависимости от плотности разрядноготока. Установлено, что аноды на основе титаната лития обратимо циклируютсяпри плотностях тока 0,2-8,0 мА/см2, то есть от 0,125С до 5С. Полученныерезультаты растровой электронной микроскопии и рентгеноспектральногомикроанализа также свидетельствуют о стабильности работы анода и катода всоставе макетов аккумулятора.Была изготовлена партия плоских твердофазных аккумуляторов длясмарт-карт: габаритные размеры 29×25×0,35 мм, анод – литий, катод на основекомпозита. Ток разряда – С/20 до напряжения 2,3 В, ток заряда – С/10.Аккумуляторы обладали емкостью 10,6 мА·ч и удельной энергией 175 Вт·ч/кг,16что превосходит характеристики аккумулятора фирмы Flexion на 11% поемкости и 20% по удельной энергии.ЗАКЛЮЧЕНИЕРазработан метод синтеза композита LiFePO4/LiТi2(РО4)3, включающийтри стадии: 1-я – получение железо-фосфата и титан-фосфата путемтермообработки смеси аммоний дигидрофосфата с оксидами металлов; 2-я –механическая активация смеси металлфосфатов и гидрооксида лития; 3-я –термическое литирование промежуточного продукта.Предложенметодсинтезатитанаталития,включающиймеханоактивацию прекурсора на аппаратуре высокого давления типа наковаленБриджмена, который позволяет снизить температуру и продолжительностьотжига при достижении высокодисперсного состояния продукта.

Установленазависимостьразмерачастицтитанаталитияоттемпературыипродолжительности отжига.Предложен способ изготовления электродов аккумулятора, которыйвключает в себя несколько стадий: перемешивание компонентов активноймассы электродов, пропитка раствором твердополимерного электролита вдиметилацетомиде, ультразвуковое диспергирование, удаление растворителя всушильном шкафу, пластическое деформирование твердофазной массы, размолв шаровой мельнице, напрессовка на подложку, термообработка твердофазногоэлектрода в сушильном шкафу.Исследовано влияние природы электропроводящей добавки на удельнуюемкость катода и анода показало, что использование углеродных нанотрубокдает преимущество в удельной емкости и потенциале разряда.Установленооптимальноесоотношениемеждукомпонентамитвердофазного катода: 86 % LiFePO4/LiТi2(РО4)3 : 6 % ЭД : 8 % ТПЭ.

Для анодасоответствующая пропорция выглядит следующим образом: 82% Li4Ti5O12: 8 % ЭД : 10 % ТПЭ. Нарушение соотношений между компонентами электродаприводит к снижению эффективности его эксплуатации.17Испытания опытной партии твердофазных аккумуляторов показали, чтоони имеют выигрыш по емкости и удельной энергии перед существующимианалогами.Содержание диссертации изложено в следующих работах:Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ1. Воробьев, И. С. Синтез и электрохимические свойства композиционныхкатодных материалов / И. С.

Воробьев, В. А. Жорин, К. С. Смирнов,С. Е. Смирнов // Журнал прикладной химии. – 2015. – Т. 88. – №. 3. –С. 387-390 .2. Воробьев, И. С. Влияние механоактивации на характеристики электродов наоснове двойного фосфата литий-титана / И. С. Воробьев, С. С. Смирнов,С. Е. Смирнов, В. А. Жорин // Перспективные материалы. – 2013. – № 9. –С. 24-29.3. Воробьев, И. С. Синтез и электрохимические свойства двойного фосфаталития-титана / И. С. Воробьев, С.

С. Смирнов, С. Е. Смирнов, В. А. Жорин //Журнал прикладной химии. – 2014. – Т. 87. – № 6. – С. 742-745.4. Смирнов, С. Е. Метод синтеза наноструктурированных электродов /С. Е. Смирнов, С. С. Смирнов, И. А. Пуцылов, И. С. Воробьев // Наукоемкиетехнологии. – 2012. – 13. – №. 6. – С. 8-12..5. Пуцылов, И. А. Исследование полимерного электролита для литиевыхисточников тока / И. А. Пуцылов, И.

С. Воробьев, К. С. Смирнов, С. Е.Смирнов // Вестник МЭИ. – 2015 – № 2. – С.83-86.Сведения о патентах и изобретениях6. Смирнов С. Е., Воробьев И. С., Егоров А. М., Пуцылов И. А., Смирнов К. С.Способ изготовления катода литиевого источника тока. Патент РФ № 2488196от 20.07.2013 г.

Бюл. № 20.Публикации в других изданиях7. Воробьев, И. С.Способсинтезакатодногоматериалалитиевогоаккумулятора / И. С. Воробьев // Тезисы докладов – МЭИ, Москва: 17-ая18Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». – 2011. – Т. 2.

– С. 589-590.8. Воробьев, И. С.И. С. Воробьев //КатодныйМатериалыматериалдокладов–литиевогоКазань:аккумулятораVI/Международнаямолодежная научная конференция «Тинчуринские чтения». – 2011. – С. 44.9. Пуцылов, И. А. Исследование перспективных катодных материалов /И. А. Пуцылов, К. С. Смирнов, А. Н. Савостьянов, И. С. Воробьев // Тезисыдокладов – РУДН, Москва: 2-я Всероссийская научная конференция смеждународным участием «Успехи синтеза и комплексообразования».

– 2012. –Ч. 2. – С. 62.10. Смирнов, С. Е. Литиевые источники тока для малой энергетики /С. Е. Смирнов, И. А. Пуцылов, С. С. Смирнов, А. М. Егоров, И. С. Воробьев //Труды – Издательский дом МЭИ, Москва: 2-я Всероссийская научнопрактическаяконференция«Повышениенадежностииэффективностиэлектрических станций и энергетических систем ЭНЕРГО-2012».

– 2012. –С. 391-393.11. Воробьев, И. С. Исследование электродов на основе литий-титан фосфата /И. С. Воробьев, С. Е. Смирнов, В. А. Жорин, С. С. Смирнов // Материалыконференции–«ФундаментальныеКраснодар:проблемыХIIМеждународнаяпреобразованияэнергииконференциявлитиевыхэлектрохимических системах».

– 2012. – С. 127-129.12. Воробьев, И. С. Метод синтеза наноструктурированных электродов /И. С. Воробьев, С. Е. Смирнов, С. С. Смирнов // Труды – Издательский домМЭИ, Москва: 6-я Международная школа-семинар молодых ученых испециалистов «Энергосбережение – теория и практика». – 2012. – C.

71-75.13. Смирнов, С. С. Перспективные электроды литиевых аккумуляторов /С. С. Смирнов,И. С. Воробьев//Материалыконференции–Прага:IX Международная научно-практическая конференция «Современные научныедостижения – 2013». – 2013. – С. 60-63.1914. Воробьев, И. С.Твердополимерныйэлектролитдлялитиевыхаккумуляторов / И. С. Воробьев, С. С. Смирнов, С. Е. Смирнов // Материалыконференции – София: X Международная научная конференция «Актуальныенаучные разработки». – 2014. – Т.

28. – С. 32-34.15. Пуцылов, И. А. Исследование литиевых источников тока с полимернымиэлектролитами / И. А. Пуцылов, И. С. Воробьев, Н. С. Чалых, М. В. Негородов,С. Е. Смирнов // Труды – Издательский дом МЭИ, Москва: 7-я Международнаяшкола-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение – теория ипрактика». – 2014. – Т. 2. – C. 144-147.16. Воробьев, И. С. Синтез смешанных литий-металл фосфатов / И. С. Воробьев// Тезисы докладов – МЭИ, Москва: 21-ая Международная научно-техническаяконференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника иэнергетика». – 2015. – Т. 3. – С.