Регистрация / Вход
Прислать материал

14.584.21.0004

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.584.21.0004
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого"
Название доклада
Разработка технологических основ создания перспективных наноматериалов для литий-ионных полимерных аккумуляторов повышенной эффективности
Докладчик
Максимов Максим Юрьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью работы является разработка научно-технологических основ создания новых видов нанокомпозиционных электродных материалов для литий-ионных полимерных аккумуляторов повышенной эффективности с использованием добавок минерального и растительного сырья.
Актуальность и новизна исследования
Создание новых катодных материалов является одной из важнейших проблем, решение которой приведет к улучшению технических характеристик многих электронных устройств, а также поможет воплотить в реальность многие электротехнические идеи. По этой причине возникает большая потребность в накопителях энергии, которые имели бы высокие удельные характеристики, низкую стоимость, и при утилизации не приносили вреда окружающей среде. Традиционные катодные материалы применяемые в промышленности, такие как LiCoO2 , LiNiO2 , LiMn2O4 имеют удельные характеристики, которых недостаточно для решения поставленных задач, кроме того дороговизна сырьевых ресурсов и токсичность кобальта, препятствуют развитию аккумуляторной промышленности. Катодный материал LiFePO4 является наиболее изученным среди катодов полианионового типа. Несмотря на низкую электронную проводимость (≈10-9 См/см) он широко применяется в промышленности.
В 2005г A.Nyten методом твердофазного синтеза получил новый катодный материал Li2FeSiO4 расчетная удельная емкость которого составляет 166 мАч/г. Такое значение соответствует полной экстракции одного иона лития из структуры материала. При деинтеркаляции двух ионов лития значение теоретической удельной емкости соответствует 333 мАч/г. Однако, у Li2FeSiO4 низкая проводимость, 6*10-14См/см, которую можно улучшить несколькими методами: создание наноструктуры и наноразмерных порошковых материалов, улучшение структуры для каналов диффузии ионов Li, получение композиций с проводящими покрытиями, в том числе и углеродными. Таким образом, Li2FeSiO4 является новым перспективным катодным материалом, который при решении существующих проблем может быть применен в промышленных ЛИА.
Описание исследования

С использованием метода механохимического синтеза и уникальной научной-исследовательской установки Picosun R-150 были разработаны технологические основы получения наноструктурированных катодных материалов литий-ионных аккумуляторов (Li2FeSiO4/С) с функциональными покрытиями. 

В результате были получены лабораторные образцы наноструктурированных порошков, электродов с функциональными покрытиями и литий-ионных аккумуляторов в корпусах CR2032. Лабораторные образцы были исследованы в соответствии с разработанными программами и методиками, в результате были оптимизированы их технологические параметры синтеза, выявлены структурные особенности, зависимости состав-свойства и др.

Экспериментальные исследования электрохимических характеристик в соответствии с разработанными программами и методиками показали высокие удельные емкости материала при хорошей циклической стабильности. Разработанные методики направленные на повышение рабочих характеристик материала, в том числе и с использованием метода атомно-слоевого осаждения, поспособствовали решению поставленных перед проектом задач для получения катодных материалов литий-ионных полимерных аккумуляторов повышенной эксплуатационной надежности.

Результаты исследования

В рамках реализации проекта были разработаны технологические основы, а также программы и методики получения катодных материалов (электродов) с функциональными покрытиями. При исследовании процесса создания покрытий на электродах были оптимизированы технологические параметры синтеза: температура синтеза исходя из состава материала – 150 ºС и материал покрытия (Al2O3). Экспериментальным и аналитическим методами подобраны технологические режимы нанесения покрытий с использованием метода атомно-слоевого осаждения (АСО). На базе разработанной экспериментальной методики синтеза наноструктурированных катодных материалов на базе Li2FeSiO4/С были изготовлены лабораторные образцы электродов с пассивационными покрытиями, полученные методом атомно-слоевого осаждения, для проведения электрохимических испытаний. Исследования образцов электродов на основе разработанного в рамках проекта нанокомпозиционного порошка Li2FeSiO4/С с пассивационными покрытиями показали, что начальная удельная емкость немодифицорованного материала варьировалась в пределах 110-120 мА∙ч/г, после нанесения покрытий и добавления углерода в соответствии с разработанными методиками удельная емкость составила 150-170 мА∙ч/г соответственно, площадки рабочего разрядного напряжения находились в районе 2,1 В и 3,2 В. Циклический стабильность возросла до 100  циклов. В результате разработаны технологические основы и методики получения наноструктурированных катодных материалов для литий-ионных полимерных аккумуляторов повышенной эксплуатационной надежности.

Практическая значимость исследования
Внедрение новых разрабатываемых составов и технологических решений получения электродных материалов приведет к снижению материальных и энергетических затрат производства, повышению качественного уровня выпускаемой продукции и созданию новых литий-ионных аккумуляторов, соответствующих мировым стандартам.
Постер

14.584.21.0004.ppt