Разработка и исследование литиевого элемента на основе фторированных наноматериалов

• Автор: Егоров, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Общие положения

1.2. Катод на основе фторированного углерода

1.3. Электролиты литиевых источников тока

1.4. Полимерные электролиты

1.5. Выводы по главе

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Синтез твердополимерного электролита

2.2 Изготовление электродов

2.3. Методика исследования твердополимерного электролита
2.4. Методика сборки и исследования макета элемента
2.5. Физико-химический анализ электродов и твердополимерного
электролита
ГЛАВА 3. Разработка и исследование твердополимерного электролита
3.1 Влияние параметров синтеза твердополимерного электролита на его свойства
3.2 Исследование влияния состава и структуры твердополимерного электролита на его характеристики
3.3.Выводы по главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИТИЙ-ФТОРУГЛЕРОДНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ
4.1. Экспериментальные исследования катодов на основе фторированной фуллереновой сажи
4.2 Экспериментальные исследования катодов на основе фторированных нанотрубок
4.3 Экспериментальные исследования элементов
4.4.Выводы по главе
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Обозначения и сокращения
ХИТ - химический источник тока;
ЛИА - литий- ионный аккумулятор;
ЛИТ - литиевый источник тока;
№-Сс1 - никель-кадмиевый аккумулятор;
№-МН - никель-металлогидридный аккумулятор;
ЖЭ - жидкий электролит;
ПК - пропиленкарбонат;
ЭК - этиленкарбонат;
БЛ - гамма-бутиролактон;
МФ - метилформиат;
МА - метилацетат;
ДМК - диметилкарбонат;
ДЭЭ - диэтилэфир;
ДМЭ - 1,2-диметоксиэтан;
ТГФ - тетрагидрофуран;
МТГФ - метилтетрагидрофуран;
ДО - 1,3-диоксолан;
АН - ацетонитрил;
ТПЭ - твердополимерный электролит;
ГПЭ — гельполимерный электролит;
ЛЭ-1 - марка электродного лития;
АДР - апротонный диполярный растворитель; ПФДФП - 4,41-(гексафтороизопропелиден)-дифенол; ДХДФС - 4,4'-дихлордифенил сульфон;
ДМА - диметилацетамид;
ДМФ - диметилформамид; ТЕРМОКС-277-ХИТ,РШ,РЮ- марки углерода;
УНТ - углеродные нанотрубки;

НТ - намазная технология;
МА- механическая активация;
ПД - пластическое деформирование;
РЭМ - растровая электронная микроскопия; Р5021 - мост переменного тока; х - стехиометрический коэффициент; т - масса;
0 - удельная электропроводность;
С - концентрация;
Т - температура;
V - волновое число;
Е - электродный потенциал;
1 - плотность тока;
5 - толщина электрода;
Дії - омическое падение напряжения; т - время
с - удельная электрическая емкость.

взаимодействием между Li+ и ацетонитрилом было установлено, что сольватация катионов в СКН-40 обусловлена образованием координационных связей с участием цианогрупп: - C=N ...Li . Авторы работы [137] делают вывод о том, что сольватация катиона полярными группами полимера является причиной растворения соли как в низкомолекулярном, так и в полимерном растворителе близкой химической природы, а образование макромолекулярного ионного раствора обеспечивает высокую ионную проводимость исследуемых электролитов.
В продолжение исследований были получены пленки ТПЭ, представляющие собой сополимеры акрилонитрила со стиролом и винилацетатом [138]. На основе этих полимерных матриц получены пленки твердых электролитов, проводимость которых составляет 10"5-10"6См/см с хорошими физико-механическими свойствами.
В работе [88] в качестве полимерных матриц исследованы алифатические поликарбонаты - полиэтиленкарбонат (ПЭК) и полипропиленкарбонат (ППК); в которые вводили перхлорат лития в различных мольных соотношениях. Электрическая проводимость для оптимальных составов находилась в пределах от 10'6-1(Г5См/см при 293 К до 10"3См/см при 393 К. Квантовохимические расчеты систем ПЭК - LiC104 и ППК - LiC104 с применением программы АВ INITIO показали, что ион лития преимущественно координирует с атомом кислорода карбонильной группы, что согласуется с экспериментальными данными, полученными с помощью ИК-спектроскопии.
Попытки создания ТПЭ на основе системы полимер - соль лития с приемлемыми электрохимическими характеристиками, в частности электрической проводимостью при комнатной температуре, пока не увенчались успехом. Несмотря на оптимизм авторов некоторых работ [137, 139], разработки истинных ТПЭ в основном уступают место результатам разработок пластифицированных ПЭ. Поэтому в последние годы параллельно активно развивается направление по созданию пластифицированных или гель-полимерных электролитов (ТПЭ), содержащих помимо полимера и соли лития