Смирнов К.С., Барабанов Е.Е., Негородов М.В.

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Россия

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТОДОВ ЛИТИЕВОГО АККУМУЛЯТОРА

С момента появления радиоэлектронной техники ее развитие шло по пути повышения эффективности и компактизации [1]. В настоящее время размеры логических плат, на которых организуются микроэлектронные схемы, уменьшились до таких значений, что уже практически все радиоэлектронные устройства могут изготавливаться в портативном исполнении. Однако степень их портативности и надежности, определяемая источниками электрической энергии, все еще не достаточно велика. Появление литиевых источников тока изменило ситуацию в отношении ограничения некоторых параметров ХИТ, выявив перспективы значительного улучшения таких определяющих характеристик, как удельная энергия, срок службы, срок сохраняемости, температурный диапазон работы и многих других. Подавляющее большинство современных литиевых аккумуляторов выпускается в виде призматических, цилиндрических и дисковых элементов. Но современные тенденции в развитии радиоэлектронной техники требуют создания тонких аккумуляторов. В настоящее время также актуально создание полностью твердофазных литиевых аккумуляторов, обладающих такими уникальными свойствами, как большая энергоемкость, легкость, малые размеры, способность принимать любую форму. Катод такого ХИТ представляет собой смесь активного вещества с электропроводной добавкой и связующим в нанодисперсном состоянии. В качестве связующего катода и электролита в его порах используется твердополимерный электролит.В последнее время во многих лабораториях мира проводятся исследования, направленные на создание катодного материала на основе соединения литий-железо фосфата - LiFeP04. Большой интерес к этому электродному материалу обусловлен очевидными преимуществами перед наиболее широко применяемым LiCo0₂: низкой стоимостью, более высокой удельной емкостью, безопасностью для окружающей среды, стабильностью в заряженном состоянии. Однако существенными недостатками LiFeP0₄ являются низкие значения электронной и ионной проводимости, приводящие к заметному падению электрохимических характеристик при увеличении токов заряда и разряда, а также значительное падение емкости электродов при циклировании [1,2].

В работе использован оригинальный метод изготовления электродов, включающий в себя механическую активацию активной массы в процессе пластического деформирования на аппаратуре высокого давления типа наковален Бриджмена. Изготовление твердофазных катодов включает в себя: перемешивание порошкообразного литий-металл фосфата с электропроводной добавкой, пропитку полученной массы раствором твердополимерного электролита в диметилацетамиде. Затем полученную смесь предварительно обрабатывали ультразвуком на установке УЗ-1 и высушивали в сушильном шкафу [3]. Полученную массу размалывали и наносили на поверхность токоотвода двумя способами. Первый, традиционный способ (ТС), заключается в напрессовке катодной массы на реакторную поверхность подложки электрода давлением 15 МПа. Второй способ позволяет вводить в процесс производства электродов дополнительную стадию воздействия на катодную массу: механоактивацию на аппаратуре высокого давления (МА). Готовую электродную массу размалывали и напрессовывали на токоотвод в специальной пресс-форме. Тестирование катодов проводили в специальных трех - электродных ячейках исполнения с использованием потенциостата «Solartron SI 1287 Electrochemical interface» в интервале потенциалов от 3,5 до 2,5В.

На рисунке 1 представлены электрохимические характеристики электродов, приготовленных традиционным способом и с использованием механоактивации. Они свидетельствуют о том, что использование МА дает существенные преимущества как по потенциалу разряда электрода так и по его удельной емкости. Ранее было показано, что выигрыш достигается благодаря лучшей гомогенизации и компактированию активной массы электрода. Сравнение полученных результатов с литературными данными показало, что электроды на основе LiFePO₄, изготовленные с использованием механоактивации, по электрохимическим параметрам превосходят известные из литературы на 12-15% .

E, В

τ, ч

Рис. 1. Зарядно-разрядные характеристики электрода на основе LiFePO₄ .

1 – с использованием МА; 2 – ТС.

Работа выполнена при финансовой поддержке стипендии Президента РФ.

Литература. 1. Кулова Т.Л., Никольская Н. Ф., Тусеева Е. К., Скундин А. М. Гибкие литий-ионные аккумуляторы нового поколения // Электрохимическая энергетика 2009.Т.9.№2.С.67-70 . 2. Смирнов К.С., Яштулов Н.А., Кузьмичева Г.М., Жорин В.А. Синтез и электрохимические свойства литий – железофосфата // Журнал прикладной химии. 2011. Т.84. № 10. С.1652 -1655.

3. Смирнов К.С., Яштулов Н.А., Жорин В.А. Влияние механоактивации на характеристики электродов на основе литий-железо фосфата // Журнал прикладной химии. 2013. Т.86. № 4. С.647-649.