Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения отечественных катодных материалов для тяговых литий-ионных аккумуляторов, работающих при экстремальных температурных условиях

Номер контракта: 14.578.21.0096

Руководитель: Попович Анатолий Анатольевич

Должность руководителя: директор ИММиТ

Докладчик: Максимов Максим Юрьевич, ведущий научный сотрудник

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого"
Организация докладчика: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
атомно-слоевое осаждение, литий-ионные аккумуляторы, катодные материалы, li2fesio4, lifepo4, licoo2, нанокомпозиционные материалы.

Цель проекта:
В настоящее время литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) являются экологичными, эффективными, легкими и перезаряжаемыми источниками питания для бытовой электроники. Кроме того, они успешно внедряются для использования в качестве источников питания электрических и гибридных транспортных средств. Создание аккумуляторов нового поколения, обладающих повышенной удельной энергией, способных заряжаться на полную емкость за минуты, работать при больших плотностях тока и иметь высокий циклический ресурс, а также обладающих более безопасными характеристиками возможно только при использовании новых электродных материалов (наноструктурированные, нанокомпозиционные), обладающих высокими теоретическими и практическими характеристиками. Целью проекта является создание технологии получения отечественных катодных материалов литий-ионных аккумуляторов, предназначенных для применения в транспортных и космических системах, с улучшенными функциональными и эксплуатационными характеристиками (тяговыми и температурными).

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения работ по Соглашению о предоставлении субсидии № 14.578.21.0096 от 27 ноября 2014 г. были получены образцы катодных материалов кобальтата лития (КМКЛ) с пассивационными покрытиями на основании диапазона значений основных технологических параметров, исследование состава и электрохимических характеристик которых позволило сделать выбор оптимальных значений технологических режимов. Образцы, полученные при данных условиях, показали повышенную удельную емкость и больший циклический ресурс. Результаты длительных тяговых исследований показали повышение циклического ресурса у образцов КМКЛ с пассивационными покрытиями на 30 %. Исследования осуществляются в соответствии с международным стандартом IEC TS 62607-4-1:2014 и ГОСТ Р МЭК 62660-1-2014.
В результате реализации проекта планируется создание технологии получения отечественных катодных материалов для применения в тяговых и космических системах и проведение экспериментальных исследований электрохимических свойств, тяговых и климатических испытаний лабораторных образцов электродов с пассивационными покрытиями оксида алюминия, полученными методом атомно-слоевого осаждения, на базе отечественного кобальтата лития и синтезированного катодного материала литированного силиката железа, допированного марганцем.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемые технологии создания усовершенствованных катодных материалов позволит увеличить циклический ресурс ЛИА и повысить удельные характеристики аккумуляторной ячейки.
Исследование свойств разрабатываемых катодных материалов кобальтата лития (КМКЛ) с пассивационными покрытиями и литированного силиката железа, допированного марганцем осуществляется в соответствии с международным стандартом IEC TS 62607-4-1:2014 «Nanomanufacturing - Key control characteristics - Part 4-1: Cathode nanomaterials for lithium ion batteries - Electrochemical characterisation, 2-electrode cell method (Нанопроизводство. Ключевые контрольные характеристики. Часть 4-1. Материалы для катодов литиевых ионных батарей. Электрохимические характеристики метод 2- электродных ячеек)». Результаты длительных тяговых исследований показали повышение циклического ресурса у образцов КМКЛ с пассивационными покрытиями на 30 %.
Исследование использование катодных материалов в электромобилях и гибридных автомобилях будет осуществляться по ГОСТ Р МЭК 62660-1-2014 «Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 1. Определение рабочих характеристик», который вступает в силу в январе 2016 года.
Применение метода атомно-слоевого осаждения в литий-ионных технологиях является мировой тенденцией. Мировые научные группы в области электрохимических источников энергии широко используют данную технологию для улучшения качества научно-технологической продукции.
Научно-техническая база ФГАОУ ВО "СПбПУ", в частности уникальное высокотехнологичное оборудование гарантирует достижение поставленных целей и получение заявленных результатов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые технологии получения катодного материала кобальтата лития с пассивационными покрытиями и катодного материала литированного силиката железа, допированного марганцем, должны обеспечить получение в лабораторных условиях соответствующих материалов электродов литий-ионных аккумуляторов с увеличенными удельными характеристиками и числом циклов «заряд-разряд» не менее чем на 10% по сравнению с импортными аналогами. Разработки предназначены для применения в транспортных и космических системах, с улучшенными функциональными и эксплуатационными характеристиками (тяговыми и температурными), в частности для электромобилей и гибридных автомобилей.
Результаты, полученные в ходе реализации проекта, помогут обеспечит и увеличить конкурентные преимущества катодных материалов и литий-ионных аккумуляторов в целом за счет использования уникальных научных инструментов для решения поставленных задач.

Текущие результаты проекта:
1. Экспериментально определены основные технологические параметры и выбраны их оптимальные значения. Образцы, полученные при оптимальных технологических режимах, показали повышенную удельную емкость и больший циклический ресурс.
2. Разработана технологическая инструкция по изготовлению КМКЛ с пассивационными покрытиями. Получены лабораторные образцы, которые были использованы для сравнительных исследований тяговых характеристик литий-ионных аккумуляторов. Исследования проведены в соответствии с международным стандартом IEC TS 62607-4-1:2014 индустриальным.
3. Результаты длительных тяговых исследований, более 1400 циклов, показали повышение циклического ресурса у образцов катодных материалов с пассивационными покрытиями на 30 %.
4. Разработана на основании ГОСТ Р МЭК 62660-1-2014 Программа и методики исследований температурной зависимости электрохимических характеристик аккумуляторов емкостью порядка 1-3 Ач для применения в тяговых литий-ионных аккумуляторах транспортных систем (гибридные автомобили, электромобили, погрузчики).