Короткоразрядный положительный электрод для литий-ионных аккумуляторов

• Автор: Румянцев, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Основные задачи работы

Научная новизна работы

Практическая значимость

Апробация работы

Личный вклад автора

Публикации

1. Литературный обзор

1.1. Активные материалы положительного электрода литийионного аккумулятора

1.1.1. Виды активных материалов положительного электрода
литийионного аккумулятора
1.1.2. Процессы, влияющие на стабильность положительных
электродов литийионных аккумуляторов 1.1.3 Деградация литийионных аккумуляторов в условиях
циклирования
1.1.4. Стабильность положительных электродов из литированного фосфата железа
1.2. Особенности протекания процессов на положительном электроде из
литированного фосфата железа в условиях двухфазной системы
1.3. Способы повышения мощностных и эксплуатационных
характеристик литированного фосфата железа
1.4. Исследование поведения положительного электрода и литийионного аккумулятора в целом методом электрохимического импеданса
2. Исследование поведения литированного фосфата железа при его работе в качестве двухфазной системы
2.1. Методика эксперимента
2.2. Результаты и их обсуждение
2.3. Заключение
3 Импеданс положительных электродов литийионного аккумулятора
3.1 Методика эксперимента
3.2. Результаты и их обсуждение
3.3. Заключение
4. Исследование макетов короткоразрядных литийионных аккумуляторов с положительным электродом на основе кобальтата лития
4.1. Оценка электрических и эксплуатационных характеристик электродов литийионного аккумулятора
4.2. Особенности изготовления короткоразрядного положительного электрода литийионного аккумулятора
4.3. Методика изготовления и испытаний дисковых макетов литийионных аккумуляторов
4.4. Методика изготовления и испытаний призматических макетов литийионных аккумуляторов
4.5. Результаты и обсуждение
4.6. Заключение
5. Исследование макетов короткоразрядных литийионных
аккумуляторов с положительным электродом на основе
литированного фосфата железа
5.1. Методика эксперимента
5.2. Результаты и их обсуждение
5.3. Заключение
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Поэтому в настоящее время актуальной задачей является повышение удельной мощности аккумуляторов с электродами и из кобальтата лития, и из литированного фосфата железа, так как они имеют несколько различные области применения. Исследована устойчивость литий-ионного аккумулятора с положительным электродом из литированного фосфата железа к длительному перезаряду. Глубокий перезаряд не приводит к разгерметизации и воспламенению литий-ионного аккумулятора с положительным электродом из 1лРеР. Методом электрохимического импеданса проведена оценка вклада отдельных электродов в поведение короткоразрядных литий-ионных аккумуляторов. Установлено, что размер частиц порядка нескольких сотен нанометров не является необходимым условием хорошей работоспособности литированного фосфата железа. Более крупные частицы (3-5 мкм) также позволяют работать при больших токах разряда. Подтверждена возможность увеличения ресурса положительного электрода из литированного фосфата железа при увеличении токов заряда/разряда за счет стабилизации структуры активного материала. Экспериментально определено, что дисковые макеты аккумуляторов с положительным электродом из кобальтата лития при разряде токами более 1 С имеют существенно заниженные характеристики по сравнению с призматическими аккумуляторами с электродами той же толщины и состава. Предложены различные варианты повышения мощностных характеристик положительных электродов литий-ионного аккумулятора. Изготовленные малогабаритные аккумуляторы показали работоспособность токами до С для ЬіСо и до б С для ЬіРеР. Это позволяет рекомендовать изготовленные по данной методике электроды для применения в короткоразрядных литий-ионных аккумуляторах различного назначения. Проведено сравнение кобальтата лития и литированного фосфата железа в качестве активных материалов положительных электродов литий-ионных аккумуляторов с точки зрения удельных характеристик, ресурса при больших токах разряда, устойчивости при перезаряде. Лигированный фосфат железа обладает значительно большим ресурсом при высоких скоростях разряда по сравнению с кобальтатом лития. В то же время, аккумуляторы с положительным электродом из ЬіРеР обладают более низкими удельными характеристиками по сравнению с аккумуляторами на основе 1ЛСо. Основные результаты работы были представлены в качестве докладов на Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов (СПбГПУ, Санкт-Петербург, г. Уфа, г. Саратов, г. Теоретические и прикладные аспекты современной технологии гальванических покрытий и химических источников тока» (СПбГТИ, Санкт-Петербург, г. XI международной конференции «Фундаментальные проблемы преобразования энергии в литиевых системах» (г. Новочеркасск, г. Международной научно-практической конференции «Теория и практика современных электрохимических производств» (Санкт-Петербург. В работе представлены результаты исследований, полученные автором в ОАО «Аккумуляторная компания «Ригель» и на кафедре технологии электрохимических производств Санкт-Петербургского государственного технологического института. Автором была разработана методика изготовления короткоразрядного положительного электрода на основе литированного фосфата железа и рассмотрены различные способы повышения мощности положительного электрода на основе кобальтата лития. Автор лично проводил измерения распределения размеров частиц с помощью лазерного анализатора, непосредственно участвовал в изготовлении электродов и сборке макетов аккумуляторов и проводил все электрохимические эксперименты, в том числе исследования методом электрохимического импеданса. Автором проведен анализ литературы по проблеме активных материалов положительного электрода и их применения в короткоразрядных литий-ионных аккумуляторах, проведено обсуждение результатов и сформулированы выводы по работе. Исследование образцов литированного фосфата железа методом рентгеновской дифракции выполнено в лаборатории СПбГПУ при участии самого автора, при этом автор производил подготовку образцов к измерениям и непосредственно участвовал в обработке результатов. По материалам диссертации опубликовано печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК.