Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научно-технических решений по созданию высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов на основе новой электрохимической системы, включающей в себя литийжелезофосфат, кремнийсодержащие нанокомпозиты и полимерный электролит

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
литий-ионный аккумулятор, литийжелезофосфат, нанокомпозит, наноструктурированный кремний, полимерный электролит, нафион

Цель проекта:
1) Проект направлен на решение проблемы создания высокоемких и безопасных источников электропитания и повышение эффективности применения находящегося в эксплуатации технологического оборудования на их основе (источники питания для электротранспорта и накопители энергии на основе литий-ионных аккумуляторов), снижения экологической нагрузки на окружающую среду, а также на создание конкурентоспособной отечественной продукции. 2) Цель работы состоит в создании литий-ионного аккумулятора на основе новой электрохимической системы, обладающего конкурентоспособными эксплуатационными характеристиками, с использованием отечественных материалов и комплектующих. Конечным продуктом выполнения работы являются экспериментальные образцы литий-ионного аккумулятора, основы технологии их изготовления и проект ТЗ на проведение ОКР. Цель работы и его результаты полностью соответствуют решаемым задачам.

Основные планируемые результаты проекта:
1) В ходе реализации Проекта планируется получить следующие результаты: Лабораторные технологические регламенты синтеза электродных материалов, изготовления полимерного электролита, намазных электродов; Программы и методики экспериментальных исследований экспериментальных образцов электродных материалов, электродов на их основе, полимерного электролита и литий-ионного аккумулятора на основе новой электрохимической системы; Эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец литий-ионного аккумулятора на основе новой электрохимической системы; Лабораторный технологический регламент изготовления экспериментального образца литий-ионного аккумулятора на основе новой электрохимической системы; Экспериментальные образцы электродных материалов, намазных электродов, электролита и литий-ионного аккумулятора на основе новой электрохимической системы; Технические требования к литий-ионным аккумуляторам; Проект ТЗ на проведение ОКР по теме «Создание опытных образцов высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов».
2) В проекте разрабатываются порошковые анодные и катодные материалы на основе литийжелезофосфата с удельной разрядной емкостью не менее 130 мАч/г при токе С/10 и сложных кремнийсодержащих нанокомпозитов с удельной разрядной емкостью не менее 1000 мАч/г при токе С/10, соответственно. В качестве электролита разрабатывается полимерный материал с удельной проводимостью не менее 10-3 См/см и рабочим температурным диапазоном от -40 до +50°С. На основе разработанных материалов предполагается создание литий-ионного аккумулятора на основе новой электрохимической системы, включающей в себя анод на основе сложных кремнийсодержащих нанокомпозитов, катод на основе литийжелезофосфата и полимерный электролит, с удельной энергоемкостью не менее 230 Втч/кг и емкостью не менее 1 А ч.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1) Конечным продуктом, планируемым при успешном выполнении проекта, является образец литий-ионного аккумулятора на основе новой электрохимической системы, включающей в себя анод на основе сложных кремнийсодержащих нанокомпозитов, катод на основе литийжелезофосфата и полимерный электролит, с удельной энергоемкостью не менее 230 Втч/кг и емкостью не менее 1 А ч, а основы технологии их изготовления и проект ТЗ на проведение ОКР..
2) Разрабатываемый аккумулятор основан на новой электрохимической системе, кроме того используются материалы на основе наноструктурированного кремния и твердополимерный электролит.
3) По характеристикам удельной энергоемкости (от 230 Втч/кг) и рабочего температурного диапазона (от -40С) разрабатываемый образец литий-ионного аккумулятора с полимерным электролитом находится уровне лучших мировых образцов.
4) Для достижения заявленных результатов проводится комплекс экспериментальных работ по усовершенствованию материалов электродов и электролита, а также способов изготовления электродов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1) Разрабатываемый литий-ионный аккумулятор может быть использован для широкого спектра задач, в первую очередь, в качестве источника питания для электротранспорта.
2) Для практического внедрения полученных результатов планируется проведение ОКР завершению проекта. Потенциальными потребителями разрабатываемых научно-технических решений по созданию высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов реализации всего Проекта являются предприятия по производству литий-ионных аккумуляторов, например, ООО «Лиотех».
3) Полученные результаты способствуют развитию исследований для создания нового поколения высокоэффективных материалов и стимулируют развитие новых технических решений в области создания высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов, коммерциализация которых способствует развитию рынка электротранспорта. Успешное завершение проекта поспособствует повышению эффективности применения находящегося в эксплуатации технологического оборудования, снижению экологической нагрузки на окружающую среду, а также созданию конкурентоспособной отечественной продукции.
4) Ожидаемые по окончанию проекта результаты позволяют рассчитывать на создание международного сотрудничества.

Текущие результаты проекта:
Разработаны лабораторные технологические регламенты синтеза катодного и анодного материалов на основе литийжелезофосфата и сложных кремнийсодержащих композитов, нанопорошка кремния и карбида кремния, изготовления намазных электродов. Преимуществами разработанного твердофазного синтеза катодного материала являются простота технологических операций и возможность строгого контроля стехиометрии получаемого продукта. Технологическая схема изготовления электродов включает изготовление токовых коллекторов для электродов, приготовление активной массы на основе разработанных материалов, нанесение активной массы на токовый коллектор, высушивание и прокатку электродов на вальцах и оценку массы активного материала на электроде. Разработан лабораторный технологический регламент изготовления мембранного полимерного электролита на основе литированного Нафиона и бутадиен-нитрильного каучука и жидкого полимерного электролита. Разработана программа и методики экспериментальных исследований экспериментальных образцов электродных материалов и электродов на их основе. Методики для проведения испытаний основаны на использовании метода гальваностатического циклирования в трёхэлектродной электрохимической ячейке, конструкция которой приближена к конструкции реальных литий-ионных аккумуляторов. Разработана программа и методики экспериментальных исследований экспериментальных образцов полимерного электролита, включающая в себя. Методики для проведения испытаний основаны на использовании импедансной спектроскопии и двухэлектродной ячейки. Изготовлены экспериментальные образцы материалов и электродов. В настоящее время проводится их испытание.