Закономерности изменения импеданса в литиевых источниках тока при хранении и в период эксплуатации

• Автор: Тихонов, Константин Константинович
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Литий-тионилхлоридные источники тока
1.1.1 Общие сведения о литий-тионилхлоридных источниках тока
1.1.2 Импеданс литий-тионилхлоридных источников тока
1.2 Литий-ионные источники тока
О 1.2.1 Отрицательный электрод
1.2.2 Положительный электрод для литий-ионных источников тока.
1.2.3 Электролиты для литиевых источников тока
1.2.4 Потеря емкости литий-ионных ХИТ
1.2.5 Импеданс литиевого электрода в органических растворителях
1.2.6 Импеданс отрицательного электрода в литий-ионных аккумуляторах
1.2.7 Импеданс положительного электрода в литий-ионных аккумуляторах
1.2.8. Безопасность литий-ионных источников тока
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
© 2.1 Импеданс источников тока литий-тионилхлорид
2.1.1 Методика эксперимента 5
2.1.2 Результаты и их обсуждение
2.1.3 Выводы
2.2 Изменение импеданса при циклировании литий-ионных аккумуляторов
2.2.1 Методика эксперимента
2.2.2 Результаты и их обсуждение
2.2.3 Выводы
2.3 Влияние омического сопротивления на разрядные характеристики литий-ионного аккумулятора

2.3.1 Методика эксперимента
2.3.1.2 Методика измерения омического сопротивления крышек литий-ионных аккумуляторов.
2.3.1.3 Методика испытаний литий-ионных аккумуляторов.
2.3.2 Результаты и их обсуждение
2.3.3 Выводы
2.4 Улучшение сохранных характеристик элементов литий-фторуглерод и диагностика их состояния с помощью метода электрохимического импеданса
2.4.1 Методика эксперимента
2.4.2 Результаты и их обсуждение
2.4.3 Выводы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Литиевые источники тока получили широкое распространение во всех областях техники. Это, прежде всего, связано с распространением портативной техники, такой как видео- и фотокамеры, портативные компьютеры, датчики и измерительные приборы. Одновременно с популяризацией бытовой электроники и компьютеров, быстрым ростом этой облас-6 ти мирового рынка, заметна тенденция к все большей миниатюризации,
что ужесточает требования к весу и размеру источника тока.
От современных источников тока, таким образом, требуется высокая плотность энергии, способность работать на больших токах, хорошая цик-лируемость, низкий саморазряд и безопасность в эксплуатации. Литий-ионные аккумуляторы обладают высочайшим потенциалом. За последние 5-10 лет, удалось увеличить емкость наиболее популярного типоразмера 18650 литий-ионного аккумулятора с 1200-1300 мА-ч до 1500-1700 мА-ч. Максимальное количество циклов у современных литий-ионных источников тока достигает 1200, тогда как совсем недавно число циклов не превышало 300-500. Этого, тем не менее, не достаточно для полноценной кон-© куренции в части областей техники (орбитальные миссии, например) с ме-
талл-гидридными аккумуляторами, максимальное количество циклов для которых при невысокой глубине разряда может достигать 30000-40000. С целью улучшения циклируемости, сохранности и безопасности литий-ионных ХИТ интенсивно ведутся исследования, направленные на разработку новых электродных материалов, это, в основном относится к активному материалу положительного электрода, одновременно ведутся работы над совершенствованием составов электродов, электролитных добавок и

Первичные источники тока при как можно меньшей массе и размерах должны обеспечивать высокую емкость и хорошую сохранность. Ли-

Каждая из констант времени тп = 11П СП обладает своей температурной зависимостью и поведением в зависимости от состава раствора (типа соли), времени пребывания в растворе. Изменения параметров с изменением температуры были почти полностью обратимыми. Параметры первого элемента мало менялись со временем, поэтому авторы предположили, что и С; отражают состояние пассивной пленки у самой поверхности лития, которая экранирована оставшейся частью пассивного слоя от раствора и практически не изменяется со временем. Эта часть пассивного слоя формируется в начальный период времени после погружения литиевого электрода в раствор, является малоупорядоченной и обладает высокой ионной проводимостью. Рассчитанная из емкости толщина слоя, которая соответствует третьему элементу схемы, составляет всего 2 А, то есть порядка межатомного расстояния. Поэтому было решено отнести третий элемент к межфазной границе «плотный пассивный слой - электролит». Сопротивление этого слоя больше сопротивлений БС и Яг, это говорит о том, что он, возможно, состоит из наименее растворимого в растворе карбоната лития с упорядоченной структурой и низкой ионной проводимостью. Емкости, соответствующие элементам 4 и 5 слишком велики для того, чтобы их можно было отнести к геометрическим емкостям слоев, предположительно, они отвечают границе «рыхлая часть пассивного слоя - электролит». Второй слой, предположительно, в основном состоит из алкилкарбонатов лития.
Все полученные данные хорошо согласуются с устоявшейся моделью пассивного слоя на литии, состоящего из плотной и рыхлой части (рис. 1.8).