Теоретическое и экспериментальное обоснование технологических решений по повышению эксплуатационных характеристик литий-ионного аккумулятора с модифицированными электродами и электролитами

Теоретическое и экспериментальное обоснование технологических решений по повышению эксплуатационных характеристик литий-ионного аккумулятора с модифицированными электродами и электролитами

Автор: Чудинов, Евгений Алексеевич

Шифр специальности: 02.00.05

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2012

Место защиты: Саратов

Количество страниц: 414 с. ил.

Артикул: 5517627

Автор: Чудинов, Евгений Алексеевич

Стоимость: 250 руб.

Теоретическое и экспериментальное обоснование технологических решений по повышению эксплуатационных характеристик литий-ионного аккумулятора с модифицированными электродами и электролитами  Теоретическое и экспериментальное обоснование технологических решений по повышению эксплуатационных характеристик литий-ионного аккумулятора с модифицированными электродами и электролитами 

Содержание
Список сокращений и обозначений.
Введение
1 Литературный обзор
1.1 Электролит на основе апротонных диполярных растворителей
1.1.1 Механизмы возникновения необратимой емкости.
1.1.1.1 Механизмы реакций и результаты для
восстановления растворителей.
1.1.1.2 Механизмы реакций восстановления растворенных
1.1.1.3 Механизмы реакций восстановления загрязнений
1.1.1.4 Механизмы реакций восстановления добавок и
присадок.
1.1.1.5 Электрохимическое восстановление компонентов,
сорбированных на поверхности электрода.
1.1.1.6 Коинтеркаляция сольватированных ионов
1.1.1.7 Химическое связывание поверхностными
функциональными группами.
1.1.2 Значения необратимой емкости.
1.1.2.1 Величины необратимых емкостей
1.1.2.2 Факторы, влияющие на необратимые емкости
1.1.3 Техника постановки эксперимента.
1.1.3.1 Конструкции электрохимических ячеек.
1.1.3.2 Определение необратимой емкости.
1.1.3.3 Применяемые материалы и методы исследования
1.1.4 Итоги и выводы
1.2 Твердые и полимерные электролиты.
1.2.1 Классификация полимерных электролитов и
требования к ним.
1.2.2 Механизмы ионной проводимости в полимерном
электролите.
1.2.3 Твердые полимерные электролиты
1.2.4 Гельполимерные электролиты.
1.2.5 Взаимодействие электролитов с литием и
ингеркаляционными соединениями
1.2.6 Способы приготовления полимерного электролита и методы
изучения их свойств.
1.2.7 Итоги и выводы
1.3 Первичные и вторичные источники тока системы 1л2.
1.3.1 Теоретический анализ
1.3.2 Механизм восстановления 2.
1.3.3 Выводы
1.4 Отрицательный электрод
1.4.1 Соединения внедрения лития с углеграфитовыми
материалами
1.4.1.1 Влияние природы углеродного материала.
1.4.1.2 Влияние предварительной обработки
углеродного материала
1.4.1.3 Добавки к активной массе углеродных электродов.
1.4.1.4 Оптимизации структуры и компонентного состава
электрода
1.4.2 Альтернативные материалы
1.4.3 Выводы
1.5 Положительный электрод
1.5.1 Материалы и способы их активации
1.5.2 Влияние допирования материалов
1.5.3 Методы синтеза катодных материалов
11 Получение порошков активных материалов
1.5.3.2 Получение пленок активных материалов из
растворов.
1.5.4 Выводы.
1.6 Выводы и постановка задачи.
2 Методика эксперимента.
2.1 Подготовка объектов исследования.
2.1.1 Объекты исследования.
2.1.2 Методика изготовления отрицательных электродов
2.1.3 Методика изготовления положительных электродов
2.1.4 Методика изготовления литиевого противоэлектрода и
литиевого электрода сравнения
2.1.5 Методика приготовления неводного электролита
2.1.6 Методика приготовления гельполимерного электролита
2.1.7 Контроль влажности электролита и активных масс
электродов.
2.1.8 Экстракционнопиролитический метод синтеза активных материалов итвердых электролитов.
2.1.8.1 Методика термического разложения.
2.1.8.2 Методики нанесения пленок экстрактов.
2.1.8.3 Определение толщины пленок.
2.2 Методики сборки гальванического элемента.
2.2.1 Методика сборки в стеклянной электрохимической ячейке.
2.2.2 Методика сборки полуэлемента в полимерном гибком корпусе.
2.2.3 Методика сборки полуэлемента в стальном корпусе
габарита
2.2.4 Методика сборки литийионного аккумулятора
в габарите Я6
2.2.5 Методика сборки литийионного аккумулятора
в габарите

2.2.6 Методика сборки литийионного аккумулятора в
полимерном гибком корпусе.
2.3 Электрохимические методы исследования
2.3.1 Гальваностатический метод
2.3.2 Потенциостатический метод
2.3.3 Потенциодинамический метод.
2.3.4 Кулоностатическое прерывистое титрование.
2.3.5 Электрохимический импеданс.
2.3.6 Методика измерения проводимости активных материалов
2.3.7 Методика измерения электропроводности
2.3.7.1 Не водного жидкого электролита
2.3.7.2 Гельполимерного электролита
2.4 Физикохимические методы исследования
2.4.1 Рентгенофазовый анализ.
2.4.2 Электронномикроскопические измерения.
2.4.3 Термографический метод
2.4.4 Рентгеноспектральный флуоресцентный метод
2.4.5 Ожеэлектроиная спектроскопия
2.4.6 Магнитооптический метод У
3 Кинетика и механизм электрохимического образования соединений
внедрения лития с 1рафитом
3.1 Свойства исследуемых углеграфитовых материалов.
3.2 Гальваностатические измерения
3.2.1 Влияние природы углеродного материала
3.2.2 Влияние состава электролита
3.2.3 Влияние обработки углеродного материала
3.3 Диффузионокинетические параметры
3.3.1 Потенциостатические исследования.
3.3.2 Потенциодинамические исследования
3.4 Термодинамические характеристики.
3.4.1 Равновесный потенциал электродов ЬхСб М
3.4.1.1 Теоретический анализ.
3.4.1.2 Экспериментальные данные.
3.4.2 Расчет термодинамических характеристик.
3.5 Влияние условий образования .
3.5.1 Влияние плотности тока гальваностатический режим
3.5.2 Влияние режима формирования ix6
3.5.3 Выводы.
4 Курсйский графит. Влияние технологических параметров на емкость
первого заряда .
4.1 Общая характеристика Курейского графита
4.2 Подготовка и проведение эксперимента.
4.3 Электродные характеристики Курейского графита
в состоянии i i.
4.4 О механизме образования необратимой мкости при первом
заряде.
4.5 Влияние плотности тока заряда на удельную мкость первого
заряда
4.6 Зависимость потенциала электрода от плотности тока заряда
4.7 Оптимизация рецептуры и технологии изготовления активной
массы.
4.7.1 Влияние навески активного материала
4.7.2 Влияние марки используемого связующего.
4.7.2.1 Характеристика материалов связующих
4.7.2.2 Результаты гальваностатических испытаний
4.7.2.3 Результаты потенциодинамических испытаний
4.7.3 Влияние содержания связующего.
4.7.3.1 Характеристика используемых материалов.
4.7.3.2 Результаты гальваностатических испытаний
4.7.3.3 Результаты потенциодинамических испытаний
4.7.4 Влияние марки растворителя
4.7.4.1 Характеристика используемых материалов
4.7.4.2 Результаты гальваностатических испытаний
4.7.4.3 Результаты потенциодинамических испытаний
4.7.4.4 Анализ полученных данных и выводы.
4.7.5 Влияние содержания технического углерода
4.7.5.1 Характеристика используемых материалов
4.7.5.2 Результаты гальваностатических испытаний
4.7.5.3 Результаты потенциодинамических испытаний
4.7.5.4 Анализ полученных данных и выводы.
4.7.6 Оптимизация рецептуры и технологии изготовления.
4.7.7 Применение в качестве связующего водных дисперсий
полимеров.
4.7.8 Выводы
5 Кинетика первого цикла заряда отрицательного электрода.
5.1 Введение
5.2 Теоретический анализ.
5.3 Результаты, полученные методом гальваностатического прерывистого титрования С1ТТ
5.3.1 Методика проведения эксперимента
5.3.2 Результаты и их обсуждение
5.3.3 Выводы
5.4 Кинетика восстановления 2 на углеграфитовом электроде
5.4.1 Теоретический анализ ,
5.4.2 Методика эксперимента.
5.4.3 Результаты и их обсуждение
5.4.4 Выводы
5.5 Выводы.
6 Материалы и способы изготовления положительных электродов
6.1 Применение экстракционнопиролитического метода для
синтеза активных материалов литийионного аккумулятора
6.1.1 Получение порошков активных материалов электродов
на их электрохимические характеристики
6.1.1.1 Методика получения.
6.1.1.2 Физикохимические свойства порошков 1ЛСо
6.1.1.3 Электрохимические свойства порошков 1лСо
6.1.2 Получение пленок активных материалов электродов и их электрохимические характеристики
6.1.2.1 Методика получения.
6.1.2.2 Физикохимические свойства пленок активных
материалов.
6.1.2.3 Электрохимические свойства пленок активных
материалов.
6.1.3 Влияние допирования на свойства электродов ЬСо
6.1.3.1 Методика получения допированных материалов
6.1.3.2 Физикохимические свойства допированных
материалов.
6.1.3.3 Электрохимические свойства допированных
материалов.
6.1.4 Выводы
6.2 Определение оптимального состава положительного электрода
6.2.1 Влияние компонентного состава и технологии изготовления
6.2.1.1 Выбор материла связующего и растворителя
6.2.1.2 Выбор электропроводной добавки.
6.2.1.3 Оптимизация компонентного состава
6.3 Электрохимические характеристики электродов на основе
РеР и ЬРеР в электролите ЬР
6.3.1 Характеристика используемых материалов
6.3.2 Результаты гальваностатических испытаний
6.3.3 Результаты потенциодинамических испытаний.
6.3.4 Исследование возможности электрохимического синтеза ЫРеР из РеР.
6.3.5 Выводы
6.4 Выводы.
7 Литийионный аккумулятор.
7.1 Влияние технологии изготовления на характеристики литий
ионного аккумулятора
7.2 Комбинированный литийионный аккумулятор.
7.3 Литийионный аккумулятор с электролитом, содержащим 2
7.4 Характеристики литийионного аккумулятора в зависимости от
температуры и режима разряда
7.5 Литийионный аккумулятор с гельполимерным электролитом
7.5.1 Гельполимерный электролит
7.5.1.1 Характеристика используемых материалов
7.5.1.2 Методика приготовления электролита
7.5.1.3 Исследование растворимости акрилатов
7.5.1.4 Электропроводность гельполимерного электролита
7.5.1.5 Природа проводимости гельполимерного электролита
7.5.2 Литийионный аккумулятор с гельполимерным электролитом
7.5.3 Выводы
7.6 Выводы.
Основные выводы.
Список используемой литературы


Безводный гидроксид обладает униполярной катионной проводимостью, Кл0н 3 См см , причм доля электронной проводимости от ионной при комнатной температуре выше 7. Для сравнения для оксида лития этот показатель не выше 0,1 . Наличие электронной проводимости, сравнимой по порядку величины с ионной, делает слой гидроксида плохим нассиватором. Возможные процессы для кислорода. Концентрация кислорода в электролите 1М раствора 1ЛС4 в ПК 0, мольдм3 . Полагая сорбируемость ПК и одинаковой, имеем на поверхности на одну молекулу кислорода молекул ПК. При 1 МПа атм приходится молекул ПК на 1 молекулу , что показывает малую вероятность участия кислорода в образовании ИПС для насыщенного воздухом электролита. Растворимость
оксида лития в ПК составляет 3,7 мольдм , что позволяет предполагать быстрое насыщение электролита и формирование устойчивого пассивирующего слоя. Ы2СОз 5,, относящегося к МТЭ с катионной проводимостью. Особую роль в величине необратимой мкости играют намеренно вводимые в электролит добавки и присадки. Среди добавок можно назвать диоксиды серы Б и диоксида углерода С. Изучали СБг в качестве добавки в раствор электролита литиевого аккумулятора. Снимали зарядноразрядные кривые на графитовых электродах в диэтилкарбонате с 1 М 1лРР6 и С. Установлено, что С более эффективен, чем СО2, в качестве добавки, стимулирующей образование пассивной пленки, и менее эффективен в качестве добавки, способствующей образованию поверхностной пленки. Р
Более детально данный процесс будет описан в разделе 1. Литий может реагировать с кислородом или молекулами воды, адсорбируемыми на поверхности углерода 7. Основные компоненты, сорбированные поверхностью ,0з,С, Н. Известно, что в процессе электрохимического циклирования тонкого слоя оксида олова против металлического лития есть по крайней мере две реакции в стандартном алкилкарбонатном электролите. Эта реакция необратима. М Бп п 1л ЫпБпт УБп, Ып3, , 1л,з8п5, 1лп2, 1л8п5 7
В работе показано, что необратимая мкость составляет 0 мАчг. Нанокристаллическийаморфный 2, подготовленный простым осаждением, предложен как альтернативный материал анода для ЛИ А . Материал идентифицирован методом РФА, и микроструктура осадка подтверждена методом ПЭМВР. В ряде электролитов, восстановление компонентов которых происходит при потенциалах более отрицательных, чем потенциал начала интеркаляции иона лития, поверхностный слой не успевает сформироваться и в процессе интеркаляции начинают участвовать сольватированные ионы лития, вызывающие шелушение графитового электрода. Электрохимические исследования показали глубокие различия в реакционной способности между планарной и рберной плоскостью для случая высокоориентированного пиролитического графита ВОПГ i i i i . Необратимая мкость для рберной структуры поверхности существенно больше, чем для планарной структуры изза коинтеркаляции растворителя в интервал слоя . Известно, что ПК причиняет серьезные структурные разрушения графита в результате процесса, называемого шелушением , . В то же время показано, что литий может обратимо интеркалировать в графит в присутствии ЭК, хоть и с несколько увеличенной необратимой мкостью , . В работе приведена схема подхода ЭК и ПК к межслоевому интервалу для различных структур ребра. Подход ПК неудобен для ступенчатого края рбер по сравнению с плоским краем рбер изза стерических помех. Существует различие в механизме реакций, встречающихся на графите и на аккумулирующих литий металлах . Следует отметить влияние разупорядоченности углеродных материалов, например твердого углерода и молотого графита, на склонность к коинтеркаляции растворителя . В работе показано, что шелушение графита сильно зависит от структуры углерода. ПК в интервал слоя. Рисунок 1. Химическое связывание внутренними функциональными группами ОН и углеродными радикалами С. Предполагается , что при низкой ТТО, например при 0С, содержит много функциональных групп ОН и углеродные радикалы. В процессе интеркаляции i в объм этого углеродного электрода он реагирует с этими активными участками, формируя соединения типа i и i. В таблице 1. Н для данного материала в определнных условиях.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.237, запросов: 121