Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 02.00.05 - Электрохимия. — Сибирский
государственный технологический университет. — Саратов, 2012. — 73
с.
Научный консультант: доктор химических наук, профессор, Кедринский И.А. Цель работы – нахождение технологических решений, способствующих повышению электрохимических и экономических характеристик литий-ионного аккумулятора.
Научная новизна
Предложено использование водных дисперсий полимеров в качестве сырья для производства связующего компонента активных масс электродов и гель-полимерного электролита.
Определены кинетические, термодинамические закономерности и механизм процесса интеркаляции ионов лития в углеродные материалы в различных электролитах.
Показано, что режим и условия первого цикла заряда определяет дальнейшую работоспособность и электрохимические характеристики углеграфитового электрода.
Впервые выявлены закономерности обратимой работы интеркаляционного электрода в электролите, содержащем диоксид серы.
На основе кинетического уравнения сорбции и уравнения электрохимической кинетики предложено уравнение, описывающее рост поляризации электрода в процессе формирования поверхностного слоя при кулоностатическом электролизе.
Предложено использование экстракционно-пиролитического метода для синтеза активных материалов ЛИА. Исследован механизм образования активных материалов электродов и твердых электролитов. Установлены оптимальные условия синтеза. Показано, что данным способом можно получать активные материалы с меньшими энергозатратами и использованием отходов.
Определена природа электропроводности гель-полимерного электролита на основе акрилатов и их сополимеров.
Впервые использован метод предварительного заряда электрода, а также применение литиевого компенсационного электрода, способствующих повышению характеристик ЛИА.
Практическая значимость. Впервые разработаны, произведены и испытаны принципиально новые литий-ионные аккумуляторы, которые могут служить прототипами для мелкосерийного производства батарей на их основе, при этом получены следующие результаты:
Показана возможность применения графита Курейского месторождения в качестве активного материала отрицательного электрода. Запасы месторождения более 90 млн. тонн.
Продемонстрирована принципиальная возможность замены дорогого электролита на основе этиленкарбоната на дешевый электролит на основе припиленкарбоната с добавкой диоксида серы.
Сформулированы оптимальные значения содержания компонентов активной массы электродов, предложены способы ее приготовления.
Показано, что применение экстракционно-пиролитического метода позволяет синтезировать активные материалы электродов с характеристиками, соизмеримыми с импортными аналогами, при меньших энергетических и материальных затратах.
Впервые предложено использование водных дисперсий полимеров в качестве сырья для производства связующего и гель-полимерного электролита.
Изготовлены и испытаны опытные образцы ЛИА. Найдены технологические приемы, способствующие повышению характеристик ЛИА. Показано, что ЛИА, изготовленные с применением электродов, прошедших предварительную зарядку вне аккумулятора и/или с использованием третьего литиевого компенсационного электрода, позволяют на 10-20% увеличить массогабаритные характеристики аккумулятора, по сравнению с аккумуляторами, изготовленными по стандартной технологии сборки.
Научный консультант: доктор химических наук, профессор, Кедринский И.А. Цель работы – нахождение технологических решений, способствующих повышению электрохимических и экономических характеристик литий-ионного аккумулятора.
Научная новизна
Предложено использование водных дисперсий полимеров в качестве сырья для производства связующего компонента активных масс электродов и гель-полимерного электролита.
Определены кинетические, термодинамические закономерности и механизм процесса интеркаляции ионов лития в углеродные материалы в различных электролитах.
Показано, что режим и условия первого цикла заряда определяет дальнейшую работоспособность и электрохимические характеристики углеграфитового электрода.
Впервые выявлены закономерности обратимой работы интеркаляционного электрода в электролите, содержащем диоксид серы.
На основе кинетического уравнения сорбции и уравнения электрохимической кинетики предложено уравнение, описывающее рост поляризации электрода в процессе формирования поверхностного слоя при кулоностатическом электролизе.
Предложено использование экстракционно-пиролитического метода для синтеза активных материалов ЛИА. Исследован механизм образования активных материалов электродов и твердых электролитов. Установлены оптимальные условия синтеза. Показано, что данным способом можно получать активные материалы с меньшими энергозатратами и использованием отходов.
Определена природа электропроводности гель-полимерного электролита на основе акрилатов и их сополимеров.
Впервые использован метод предварительного заряда электрода, а также применение литиевого компенсационного электрода, способствующих повышению характеристик ЛИА.
Практическая значимость. Впервые разработаны, произведены и испытаны принципиально новые литий-ионные аккумуляторы, которые могут служить прототипами для мелкосерийного производства батарей на их основе, при этом получены следующие результаты:
Показана возможность применения графита Курейского месторождения в качестве активного материала отрицательного электрода. Запасы месторождения более 90 млн. тонн.
Продемонстрирована принципиальная возможность замены дорогого электролита на основе этиленкарбоната на дешевый электролит на основе припиленкарбоната с добавкой диоксида серы.
Сформулированы оптимальные значения содержания компонентов активной массы электродов, предложены способы ее приготовления.
Показано, что применение экстракционно-пиролитического метода позволяет синтезировать активные материалы электродов с характеристиками, соизмеримыми с импортными аналогами, при меньших энергетических и материальных затратах.
Впервые предложено использование водных дисперсий полимеров в качестве сырья для производства связующего и гель-полимерного электролита.
Изготовлены и испытаны опытные образцы ЛИА. Найдены технологические приемы, способствующие повышению характеристик ЛИА. Показано, что ЛИА, изготовленные с применением электродов, прошедших предварительную зарядку вне аккумулятора и/или с использованием третьего литиевого компенсационного электрода, позволяют на 10-20% увеличить массогабаритные характеристики аккумулятора, по сравнению с аккумуляторами, изготовленными по стандартной технологии сборки.