Твердые полимерные электролиты для литиевых электрохимических систем: транспортные свойства и устойчивость к материалу анода

• Автор: Ярославцева, Татьяна Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Литиевые источники тока

1.2. Электролитные системы литиевых источников тока

1.3. Поверхностные пленки на аноде

1.4. Проблемы литиевых источников тока и перспективы их усовершенствования

1.5. Твердые полимерные электролиты

1.5.1. Ионная сольватация в системах полимер соль

1.5.2. Фазовые равновесия в системах полимер соль

1.5.3. Температуры стеклования в системах полимер соль

1.5.4. Ионная структура твердых полимерных электролитов
1.5.5. Модели ионного транспорта в полимерных электролитных системах
1.5.6. Транспортные свойства твердых полимерных электролитов
1.6. Граница раздела анод твердый полимерный электролит
Глава 2. Экспериментальные методы исследования твердых
полимерных электролитов
2.1. Характеристика исходных материалов
2.2. Приготовление пленок твердых полимерных электролитов
2.3. Инфракрасная спектроскопия
2.4. Рентгенофазовый анализ
2.5. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
2.6. Измерения температуры стеклования
2.7. Импедансная спектроскопия
2.8. Термодинамическое моделирование химических
взаимодействий
Глава 3. Исследование растворимости солей лития в сополимере бутадиена с акрилонитрилом
3.1. Выбор макромолокулярного растворителя
3.2. Выбор соли лития
Глава 4. Измерения общей электропроводности твердых
полимерных электролитов на основе сополимера бутадиена с акрилонитрилом и солей лития
4.1. Система СКН ЫАэРб
4.2. Система СКН ЬС4
Глава 5. Проблема измерения чисел переноса катионов в
полимерных электролитах
5.1. Числа переноса ионов
5.2. Методы измерения чисел переноса ионов в полимерных электролитах и их ограничения
Глава 6. Идентификация механизмов ионного транспорта в
твердых полимерных электролитах
6.1. Ионная структура твердых полимерных электролитов
6.2. Ионный перенос в разбавленных твердых полимерных электролитах системы СКН ЫАэЕб
6.3. Ионный перенос в разбавленных твердых полимерных 5 электролитах системы СКН 1лСЮ
6.4. Определение чисел переноса катионов в твердых 6 полимерных электролитах
6.5. Ионный перенос в ТПЭ системы СКН ЬАР6 со 0 средними и высокими концентрациями соли
6.6. Ионный перенос в ТПЭ системы СКН ЬСЮ4 со 1 средними и высокими концентрациями соли
Глава 7. Исследование состава продуктов химических
взаимодействий на границе раздела анод твердый
полимерный электролит
7.1. Экспериментальное исследование состава продуктов 7 взаимодействия металлического лития с твердыми полимерными электролитами
7.2. Термодинамическое моделирование состава продуктов
взаимодействия на границах Ы ТПЭ и ЫСб I ТПЭ
7.2.1. Термодинамические характеристики ЫСЮ4,1лА1С,
ЫВР4, ЫРРбДлЛБРб и ЫСб
7.2.2. Модель реакционной зоны
7.2.3. Состав слоев продуктов взаимодействия
Заключение
Выводы
Список литературы


При этом эффективная удельная емкость источника снижается от теоретического значения до 00 мАчт1. Кроме того, при дендритообразован и и повышается вероятность коротких замыканий, а следовательно, пожаро и взрывоопасность. Эти проблемы решаются путем поиска добавок к электролиту, позволяющих предотвратить дендритообразование, а также использованием специальных методов обработки поверхности анода 47. Трудности, связанные с анодом из металлического лития, пытались решить, заменив его на литиевый сплав. Наиболее приемлемым оказался сплав Ы А1. Принципиальный недостаток литийалюминиевых сплавов заключается в том, что при циклировании они очень сильно меняют удельный объем. При глубоких разрядах происходит охрупчивание и осыпание электрода. Поэтому исследования в этой области не получили дальнейшего развития 2. Революцию в развитии перезаряжаемых литиевых источников тока
произвели сообщения о том, что в Японии начат выпуск аккумуляторов с отрицательным электродом из углеродных материалов. В научных журналах появились многочисленные работы, посвященные этому направлению 8. Удельный объем многих графитизированных материалов при внедрении достаточно большого количества лития изменяется не более чем на . Максимальному содержанию i отвечает состав интеркалята i6. При разряде аккумулятора происходит деинтеркаляция лития из углеродного материала и интеркаляция лития в оксид на катод. В системе отсутствует металлический i если нет перезаряда, то и нет дендритообразования, а процессы разряда и заряда сводятся к переносу ионов лития с одного электрода на другой. Такие аккумуляторы стали называть литийионными ЛИА рис. Интеркаляционные электроды гораздо менее взрыво и пожароопасны по сравнению с металлическим литием. По этим причинам направление создания ЛИА с анодом из i6 является одним из наиболее перспективных 9. Широкомасштабный промышленный выпуск ЛИА рис. V, i, i и др. В России ЛИА производит ГУП НИИ электроугольных изделий. Рис. Схема литий ионного аккумулятора. Рис. Литий ионные аккумуляторы массового выпуска. Именно замена водных растворов электролитов на неводные позволила создать литиевые элементы. В ЛИТ используются, главным образом, апротонные органические и неорганические растворители. Под электролитной системой литиевых ХИТ следует понимать многокомпонентную систему состава электролит растворитель обычно смешанный, куда входят компоненты, повышающие стабильность литиевого электрода, компоненты, улучшающие физикохимические свойства электролитного раствора, и компоненты, повышающие эффективность работы катода. Изучение жидких растворителей для электролитных систем включает комплексную оценку таких параметров, как вязкость, диэлектрическая проницаемость, донорноакценорные свойства, апротонность и диполярность, температуры кипения и плавления, в результате выбирается оптимальная система растворитель соль лития . Из неорганических электролитов наибольшее применение находят растворы в тионилхлориде ЯОСЬ. Свойства некоторых растворителей для ЛИТ и ЛИА представлены в приложении 2. Хорошей растворимостью в апротонных диполярных растворителях ДАР обладают лишь некоторые соли лития, содержащие многоатомные или комплексные анионы. РР6 гексафторфосфат лития, ГлАбР гексафторарсенат лития . ЬфРСРзВОгД бгстрифторметилсульфонилимид лития, или имид лития, ЫССРзз тцстрифтормстилсульфонилмстид лития, или метид лития и т. Помимо перечисленных, в последние годы активно исследуются также электролиты, содержащие 1лВС42 бисоксалатборат лития, или ЫВОВ ,. Высокая химическая стабильность по отношению к очень активному анодному материалу металлический литий, литированный углерод. Устойчивость к материалу катода, где металл М находится в высокой степени окисления например, делитированные катодные материалы 1Л. ХМ, где МСо, Ыц Мп. Электрохимическая стабильность в интервале напряжений между катодом и анодом 4В. Низкая температура плавления что позволит обеспечить приемлемую проводимость в обычных условиях, а также предотвратит отвердевание и фазовое разделение электролитной системы.