Влияние конструкционно-технологических параметров на разрядные характеристики литиевых элементов

• Автор: Куренкова, Марина Юрьевна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЛИТИЕВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

1.1 Электрохимические системы и электродные процессы в литиевых элементах

1.1.1 Литиевый анод и электролиты для первичных ЛИТ

1.1.2 Твердофазные катодные реагенты для литиевых элементов

1.1.3 Кинетика и механизм разряда катодных реагентов литиевых источников тока

1.2 Влияние конструкционно технологических факторов на разрядные характеристики ЛИТ

1.2.1 Промышленно выпускаемые малогабаритные литиевые элементы с твердофазными катодами
1.2.2 Технологические аспекты изготовления катодов ЛИТ ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Объекты и методы исследования

2.2 Методика очистки растворителей и приготовления электролита
2.3 Методика изготовления электродов сравнения
2.4 Методика электрохимических измерений
2.5 Определение физических свойств отдельных компонентов и катодных масс
2.6 Изготовление электродов. Сборка ячеек и макетов ИТ
2.7 Электрические испытания ячеек и макетов ИТ ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Потенциостатические измерения интеркалирования диоксидмарганцевого катода литием
3.2 Влияние природы и содержания связующего на характеристики
диоксидномарганцевых катодов
3.3 Конструкционнотехнологические особенности СРхп катодов и их влияние на разрядные характеристики ЛИТ
3.4 Макетные испытания ВЫВОДЫ ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 Список сокращений и обозначений Приложение 2 Основные параметры элементов системы литийдиоксид марганца и литий фторуглерод, выпускаемых разными производителями в настоящее время
Приложение 3 Разрядные кривые ячеек с ТРГ в качестве связующего катодной массы
Приложение 4 Физикохимические свойства применяемых материалов
Приложение 5 Микрофотографии материалов Приложение 6 Удельная поверхность и пористость электродов Приложение 7 Свойства и типы диоксида марганца Приложение 8 Протоколы испытаний и акт внедрения
ВВЕДЕНИЕ


Даже в условиях сверхвысокого вакуума литиевая поверхность, очищенная ионной бомбардировкой, за считанные секунды вылавливает молекулы остаточного газа и покрываетсятончайшей пленкой продуктов взаимодействия . Пассивирующая, твердоэлектролитная то есть ионопроводящая и электронно изолирующая пленка, формирующаяся на поверхности литиевого электрода, и состоящая из нерастворимых соединений продуктов взаимодействия материала электрода с компонентами электролита , оказывает решающее влияние на скорость реакции разряда ионизации . Изза низкой удельной проводимости продуктов взаимодействия лития с электролитом пленка обладает значительным электрическим сопротивлением. Поведение пленки определяется ее составом, структурой, морфологией и транспортными характеристиками , , . Для некоторых растворителей, применяемых в литиевых ХИТ, например, для пропиленкарбоната, процесс их взаимодействия с литием и состав поверхностных слоев подробно изучены . Перечень веществ, формирующих на литии поверхностный слой в различных растворителях и растворах электролитов, сводится к немногим химическим соединениям. Из неорганических веществ к ним относятся оксид 1л, гидрооксид 1ЛОН, карбонат Ы2СОз, хлорид 1ЛС1, фторид ЫР, дитионит 1л2С4, карбид 1Л2С и нитрид Ы3И. Среди органических соединений можно назвать метоксид бутоксид лития с общей формулой ЯОЫ . Как уже отмечалось, наличие пассивной пленки на поверхности определяет механизм и кинетику анодного растворения металла . Структура и свойства поверхностных слоев на литии влияют на начальный провал потенциала анода при включении разрядного тока, поляризацию электрода, сохранность заряда , то есть на важнейшие характеристики ХИТ. Асм2 в. Вышеизложенное свидетельствует о необходимости контроля за состоянием поверхности лития на всех технологических операциях, так как образование пассивной пленки на аноде при заливке электролита будет зависеть от предыстории, то есть свойств газовой среды, в которой изготавливался электрод . В связи с этим, прокатка лития в ленту, прессование на токовый коллектор сетка, решетка и др. С целью снижения провала напряжения, устранения коррозии лития, обеспечения достаточной растворяющей способности и электропроводности проводится тщательный выбор состава электролита. Перечисленным требованиям отвечают составы, включающие в качестве электролитообразующих солей перхлорат или тетрахлоралюминат лития 2, 3, 7, 8, , растворенных в количестве 0,,5 мольл в растворителях пропиленкарбонате, убутиролактоне, диметилформамиде 2, 3, 7, 8, , или смесях растворителей 2, 3, 7, 8, , а также растворителей с добавками, например, пропиленгликоля, этилцианкрилата . Соли и растворители тщательно обезвоживаются, операции приготовления электролита и заливки осуществляются в осушенной атмосфере или в боксах с инертным газом. Свойства применяемых в ЛИТ растворителей и электролитов на их основе достаточно подробно описаны 2, 3, . Варьирование состава электролита позволяет влиять на мощность, температурнотоковый диапазон работы и сохранность ИТ. Для первичных ЛИТ конструктивно аноды выполняются в виде дисков, литых или полых цилиндров, пластин или лент 8. Литий может припрессовыватся к корпусу ХИТ, который в этом случае выполняет функции токоотвода. В пластины и ленты дополнительно может помещаться в качестве тококоллектора сетка, решетка, перфорированная лента из нержавеющей стали 8. Коэффициент использования лития в анодах с токоотводами в первичных ЛИТ достигает , в конструкциях анода без токоотвода, где сам литий обеспечивает токосъем Кисп. В первичных ЛИТ, как правило, литий закладывается с избытком, следовательно, анод в подобных ХИТ не является лимитирующим электродом, как по емкости, так и по разрядному току. Мощность ЛИТ с катодами на основе твердых катодных реагентов относительно не велика. Для ЛИТ большой удельной мощности используют электрохимические системы с жидкими окислителями, такими как диоксид серы ЭОг, тионилхлорид С, сульфурилхлорид 2С. Они являются компонентами электролитов и, одновременно, катодными реагентами 2,3. Мп, СиО, У5, Уз и УОх, ТЮ2, Xx2. Мо и Мо, В3, РЬОх, РЬО, РЬОз и РЬ4, В2РЬ5, РЮ2, Со и СО4, Сг3С8 и СгОХх2.