Технология получения анодных материалов для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов из возобновляемого растительного сырья и отходов сельско-хозяйственных культур

• Автор: Онищенко, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Современное состояние вопроса использования, развития и

совершенствования химических источников тока

1.1. Исторические предпосылки создания и развития химических источников тока

1.1.1. Литиевые химические источники тока

1.2. Основные проблемы создания химических источников тока с

, литиевых анодом

1.3. Первичные литиевые источники тока с различными катодными материалами

1.3.1. Источник тока на основе системы П/КСЬ (литий-диоксид серы)

1.3.2. Источник тока на основе системы Ц/БОСЬ (литий-тионилхлорид).1 б

1.3.3. Источник тока на основе системы Ы/МпОз (литий-диоксид
марганца)
1.4. Вторичные литиевые источники тока
1.4.1. Литий-ионпые аккумуляторы
1.4.2. Литий-полимерные аккумуляторы
1.5. Практические работы по аккумуляторам с металлическим литием
1.5.1. Материалы, альтернативные металлическому литию
1.6. Материалы для отрицательного электрода литий-ионных аккумуляторов
1.6.1. Наноструктуры для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов
1.7. Материалы для положительного электрода литий-ионных аккумуляторов
1.8. Электролиты для литиевых и литий-ионных (полимерных) аккумуляторов
1.9. Нетрадиционные виды сырья для получения анодного материала литий-ионных (полимерных) аккумуляторов
1.10. Выводы по первой главе. Постановка цели и задач исследований
Глава 2. Получение и модифицирование анодных матриц из
возобновляемого растительного сырья: побегов бамбука и тростникового сахара

2.1. Материалы и оборудование для получения экспериментальных анодных материалов, литий-ионных (полимерных) аккумуляторов
2.2. Технология получения литий-полимерных аккумуляторов
2.3. Технология получения катодного материала
2.4. Технология получения анодного материала
2.4.1. Электрохимическое исследование экспериментальных литий-
полимерных аккумуляторов
2.5. Выводы по второй главе
Глава 3. Исследование технологии получения литий-ионных
аккумуляторов цилиндрической формы
3.1. Материалы, оборудование и методика проведения экспериментов
3.1.1. Изготовление вторичных источников тока типа размера BRI
3.1.2. Приготовление анода
3.1.3. Приготовление катода
3.1.4. Приготовление сепаратора
3.1.5. Сборка вторичных источников тока (аккумуляторов)
3.2. Электрохимическое исследование вторичных источников тока (аккумуляторов)
3.3. Выводы по третьей главе
Глава 4. Получение нанодисперсного кремния для создания анодных
композиционных матриц системы углерод-кремний
4.1. Выводы по четвертой главе
Глава 5. Получение анодных матриц из отходов
сельскохозяйственных культур
5.1. Выводы по пятой главе
Глава 6. Получение композитных материалов системы: углерод-
кремний
6.1. Выводы по шестой главе
Выводы и результаты
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Развитие современных технологий энергосбережения невозможно без применения эффективных и доступных источников тока. Литий-ионные (полимерные) аккумуляторы являются одними из самых значимых и предпочтительных источников тока для современных электронных приборов и устройств. Особое значение при производстве литий-ионных (полимерных) аккумуляторов уделяется анодным материалам с высокой емкостью по отношению к интеркаляции лития и циклируемостью. Важной задачей в области развития материалов литий-ионных (полимерных) аккумуляторов является разработка интенсивных и энергосберегающих технологий получения анодных материалов и расширение сырьевой базы. В качестве анодных матриц для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов используются различные углеродные материалы: графит, кокс, твердый углерод, пиролитический углерод, нанотрубки и фуллерены, а также различные композиционные материалы. Традиционным сырьем для получения анодных матриц служит углеводородное сырье. Однако в мире происходит неизбежное истощение природных запасов углеводородного сырья, что приводит к повышению его стоимости. Кроме этого во многих странах мира углеводородные ресурсы являются дефицитом, технология их добычи и переработки зачастую наносит вред окружающей среде.
Таким образом, значительный интерес представляет технология получения анодных матриц из растительного сырья. В частности, таким видом сырья являются крупнотоннажные отходы сельскохозяйственных (далее с/х) культур, которые имеют низкую себестоимость, экологически приемлемы и являются возобновляемой биомассой.
В настоящее время в области материалов для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов накоплен большой- теоретический и практический опыт, отраженный в работах Кедринского И. А., Дмитриенко В, Е., Грудьянова И. И., Ба-
но коэффициент х в данном случае может быть довольно большим 4,4 (при внедрении в графит х=1/6). При х=4,4 теоретическая удельная емкость оловянного электрода составляет 991 мА-ч-г'1 или 7234 мА-ч-см'3. Однако применение оксидов или других соединений олова сопряжено и с определенными.
Общий (и основной) для всех металлических электродов недостаток — заметное изменение их удельного объема при интеркаляции лития. При внедрении лития удельный объем получающегося сплава (или двух двухкомпонентной системы) существенно увеличивается, что приводит к появлению больших внутренних напряжений и, как следствие, к растрескиванию электрода. Это обусловливает появление высоких омических сопротивлений на границах между отдельными частицами металла и резкое повышение поляризации. Если для первичного источника тока данное обстоятельство может не играть существенной роли, то для вторичного источника тока (аккумулятора) оно может быть определяющим. Особенностью олова является то, что при' помощи разных технологических приемах его можно получить в мелкодисперсном виде с характерным размером частиц в несколько нанометров. Один из факторов диспергирования олова - это его образование в матрице из оксида лития по уравнению (1.5.) [114-120].
Другой принцип приготовления высокодисперсных частиц - использование сплавов и интерметаллических соединений олова [121-126].
Но и в этом случае устойчивость мелкодисперсной фазы олова или интерметаллического соединения обеспечивается наличием другой (неактивной) фазы. Довольно сложная методика изготовления отрицательных на основе олова — химическое осаждение олова в порах полимерной мембраны — предложена в работе [127].
Такая мембрана (поликарбонатный фильтр) имеет систему монодисперс-ных цилиндрических пор диаметром 50 нм. Перед осаждением олова мембрану наносят на токоотвод из фольги, а по окончанию процесса мембрану выжигают. Получается «щетка» из оловянных ворсинок, олово окисляется на воздухе до кристаллического БпОг- Приготовленные таких образом электроды отличаются высокой стабильностью характеристик при циклировании и способны разря-