Физико-химические основы активации электродов, работающих по принципу электрохимического внедрения для литиевого аккумулятора

На правах рукописи

ОЛЬШАНСКАЯ Любовь Николаевна

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АКТИВАЦИИ ЭЛЕКТРОДОВ,

РАБОТАЮЩИХ ПО ПРИНЦИПУ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО

ВНЕДРЕНИЯ ДЛЯ ЛИТИЕВОГО АККУМУЛЯТОРА

Электрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Саратов - 2002

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: В последнее десятилетие литиевые аккумуляторы (ЛА) становятся повседневной реальностью и уверенно теснят на рынке традиционные химические источники тока (ХИТ) и первичные литиевые элементы. В первых образцах литиевых аккумуляторов, по аналогии с первичными ЛИТ, пробовали использовать в качестве отрицательного электрода металлический литий. Однако образование поверхностной пленки (ПП) при контакте с окружающей средой приводит к дендритообразованию при катодном осаждении лития и инкапсулированию, что снижает коэффициент использования зарядной ёмкости, срок службы электрода. Поэтому во всём мире ведется поиск альтернативных металлическому литию материалов. Вначале наиболее эффективным оказалось использование сплавов лития с более электроположительными металлами (серебро, алюминий, золото, кадмий, магний, цинк, кремний, сплавы Вуда и другие). Наиболее интересны': результаты были получены при использовании сплавов лития с алюминием. Однако низкая морфологическая стабильность этих соединений в процессе циклирования не устраивала потребителей. Кроме того, для них была найдена замена в виде соединений лития с углеродсодержащими материалами (УГМ), предопределивших постановку работ по созданию нового класса литий-ионных аккумуляторов (ЛИА). ЛИА оказались более надежными в эксплуатации, показали удовлетворительные удельные и разрядные характеристики: емкость -250...360 Вт-ч/л, ресурс - 500...1000 циклов заряд-разряд. Но эти параметры остаются значительно ниже характеристик с электродом. Поэтому поиски энергоемких систем с высокой эффективностью циклирования являются актуальной проблемой и в настоящее время. Перспективным направлением может стать активация электродов ЛА посредством механических, физико-химических и электрохимических воздействий.

Один из наиболее эффективных путей решения рассматриваемой проблемы связан с появлением нового направления в теории и технологии литиевых источников тока: разработка электродов, работающих по принципу электрохимического внедрения (ЭХВ). Использование метода ЭХВ позволяет реализовать высокую циклируемость электродов литиевых ХИТ. Обратимая работа электродов обеспечивается благодаря принципиально новому подходу к подбору активных материалов_. Как положительный (оксиды, ССГ), так и отрицательный (LiAl, LiC₆ ) электроды являются своеобразными «резервуарами» для частиц лития, участвующих в переносе зарядов между электродами. При разряде ионы Li¹ покидают структуру LiAl (LiC₆ ) и внедряются в структуру положительного электрода (в каналы, туннели, между слоями и т.д.) с образованием новых слоистых соединений Li_x MeA_y (А: О, S, Se...) за счет изменения валентности потенциалопредсляющего переходного металла (Me: Cr, V, Mn, Nb...). При заряде ионы лития покидают решетку Li_x MeA_y и восстанавливаются по механизму ЭХВ на LiAl (LiC₆ ) электроде.

Способ получения электродных материалов по методу ЭХВ известен достаточно давно. У его истоков стоят известные российские ученые Б.Н. Кабанов, И.И. Астахов, И.Г. Киселева, С.С. Попова, а также зарубежные исследователи - R.A. Huggins, J.O. Besenhard, A.N. Dey, E.J. Frezer, B.M.L. Rao и другие.

Внедрение - это одновременно происходящие разряд иона внедряющегося металла и его химическое взаимодействие с твердым металлом матрицы. При этом достигается возможность ослабления нежелательных и усиления полезных свойств материалов, создания новых, ранее неизвестных, неожиданных свойств, которыми исходные материалы не обладали. Можно. например, получать сверхпроводящие или ферромагнитные материалы из металлов, практически не имеющих таких свойств, можно усилить механическую прочность, пластичность и другие характеристики синтезируемых материалов.

Цель данной диссертационной работы - установление основные закономерностей активации LiAl, Li_x C₆ и С₈ С₃ электродов путем механических, физико-химических и электрохимических воздействий, а также изучние обратимой работа модифицированных электродов, работающих по "принципу электрохимического внедрения, в макетах литиевых аккумуляторов.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели потребовалось:

-провести комплексное систематическое исследование влияния различных внешних (величина потенциала и длительность катодной поляризации, сила тока, температура, влияние ультразвука, магнитного поля, механического и внутренних факторов (состав и концентрация электролита, природа растворителя, материал углеродсодержащей основы при формировании Li_x C₆ электродов, природа легирующего металла в случае электродов на основе электрохимических сплавов LiAl(Me), состав и концентрация модифицирующего оксида в составе активной массы СаСгО электродов и т.д.) на механическую и электрохимическую стабильность характеристик формируемых электродов, их циклируемость; сохранность заряда;

-определить закономерности изм

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать