Upload
cambree-jones
View
42
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Основные способы повышения безопасности ЛИА. 2.4 Пути повышения безопасности материала анода Формирование защитных пленок с повышенной термостойкостью на поверхности электрода (введение соответствующих добавок в электролит) - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Основные способы повышения безопасности ЛИАОсновные способы повышения безопасности ЛИАОсновные способы повышения безопасности ЛИАОсновные способы повышения безопасности ЛИА
2.4 Пути повышения безопасности материала анода2.4 Пути повышения безопасности материала анода
Формирование защитных пленок с повышенной термостойкостью Формирование защитных пленок с повышенной термостойкостью на поверхности электрода (введение соответствующих добавок в на поверхности электрода (введение соответствующих добавок в электролит) электролит)
Покрытие частиц активного материала термостойкими Покрытие частиц активного материала термостойкими неорганическими материаламинеорганическими материалами (аморфный углерод(аморфный углерод11, , наноразмерные никель-композитные частицынаноразмерные никель-композитные частицы22 и др.).и др.).
1 М. Yoshio et. al. // J. Electrochem. Soc. 147 (2000) 12452 P. Yu et. al. // J. Electrochem. Soc. 147 (2000) 1280
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов (Профатилова И.А.)
2
Формирование защитной пленки на поверхности графитаФормирование защитной пленки на поверхности графитаФормирование защитной пленки на поверхности графитаФормирование защитной пленки на поверхности графита
Электрохимическое восстановление компонентов электролита: пленкообразующих добавок, этиленкарбоната, литиевой соли приводит к образованию защитного нанослоя на поверхности частиц графита в течение первых циклов.
Восстановление электролита
Защитный нанослой
Состав защитного слоя:• органическая фаза (алкилкарбонаты лития и др.)• неорганическая фаза (Li2CO3, LiF и др.)
Функции защитного слоя:• защита анодного материала от разрушения при циклировании• предотвращение реакций между LiC6 и электролитом при
комнатной и повышенной температуре
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов (Профатилова И.А.)
3
Термическая функция защитного слояТермическая функция защитного слояТермическая функция защитного слояТермическая функция защитного слоя
LiC6
Защитный слой
Li+
Графеновый слой
Термически устойчивый защитный слой
Последующие реакции ионов Li+ с электролитом
Термически неустойчивый защитный слой Время
Те
мп
. Термический разгон аккумулятора
Время
Те
мп
.
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов (Профатилова И.А.)
4
Термическая устойчивость графита с электролитомТермическая устойчивость графита с электролитомв присутствии пленкообразующих добавокв присутствии пленкообразующих добавок
Термическая устойчивость графита с электролитомТермическая устойчивость графита с электролитомв присутствии пленкообразующих добавокв присутствии пленкообразующих добавок
Электролит сравнения
+ 20% ФЭК
+ 1% LiФОБ
+ 5% ВК Виниленкарбонат (ВК)
Дифторо(оксолато)борат лития (LiФОБ)
Фторэтиленкарбонат (ФЭК)
Этиленкарбонат (ЭК)
Те
пл
ов
ой
по
ток,
Вт/
г, Э
кзо→
Температура, оС
Дифференциальная сканирующая калориметрия графитового анода (LiC6) с электролитом
Образование защитных пленок с повышенной термостойкостью на поверхности графита существенно улучшает безопасность активного материала анода
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов (Профатилова И.А.)
5
Термическая стабильность активного материала катодаТермическая стабильность активного материала катодаТермическая стабильность активного материала катодаТермическая стабильность активного материала катода
1. Кобальтит лития (LixCoO2) неустойчив при высоких температурах и в присутствии электролита:
Li0.5CoO2 → 0.5LiCoO2 + 1/6Co3O4 + 1/6O2 (~290 oC)
[органический электролит]
экзотермические реакции при ~150 oC
T, oC
T, oC
2. Никелат лития LiNiO2 термически неустойчив, реагирует с электролитом при T ≥ 200 oC.
3. Литий-марганцевая шпинель (LiMn2O4) и оливин (LiFePO4) обладают повышенной устойчивостью при высоких температурах.
LixCoO2, LixNiO2 < LixMn2O4 < LixFePO4
увеличение термической устойчивости J. Jiang et. al. // Electrochimica Acta 49 (2004) 2661; T. Ohzuku et. al. // J. Power Sources 68 (1997) 131.
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов (Профатилова И.А.)
6
Основные способы повышения безопасности ЛИАОсновные способы повышения безопасности ЛИА:: модификация катодамодификация катода
Основные способы повышения безопасности ЛИАОсновные способы повышения безопасности ЛИА:: модификация катодамодификация катода
2.5 Пути повышения безопасности материала катода2.5 Пути повышения безопасности материала катода
Покрытие (инкапсулирование) частиц активного материала различными Покрытие (инкапсулирование) частиц активного материала различными инертными соединениями (MgO, Alинертными соединениями (MgO, Al22OO33, SiO, SiO22, TiO, TiO22, ZnO, SnO, ZnO, SnO22, ZrO, ZrO22, ,
LiLi22O·2BO·2B22OO33-стекло-стекло и др.).и др.).
Получение композитных катодных материалов, содержащих термически Получение композитных катодных материалов, содержащих термически стойкие компонентыстойкие компоненты
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов (Профатилова И.А.)
7
Нанесение защитных покрытий на катодный материалНанесение защитных покрытий на катодный материалНанесение защитных покрытий на катодный материалНанесение защитных покрытий на катодный материал
Механическое/химическое нанесение покрытия
Функции нанесенного покрытия:
Уменьшение площади / предотвращение прямого контакта с
раствором электролита
Снижение количества выделяемого тепла в ходе
экзотермических реакций
Стабилизация структуры катодного материала
Сканирующая электронная микроскопия LiCoO2 (а) исходного, (б) модифицированного AlPO4.
(а) (б)
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов (Профатилова И.А.)
8
Повышенная термическая устойчивость катодного Повышенная термическая устойчивость катодного материала с покрытиемматериала с покрытием
Повышенная термическая устойчивость катодного Повышенная термическая устойчивость катодного материала с покрытиемматериала с покрытием
Температура, оСТ
еп
ло
во
й п
ото
к, В
т/г
Дифференциальная сканирующая калориметрия
LiCoO2 с покрытием и без покрытия
C. Li et al. // Electrochimica Acta 51 (2006) 3872-3883
Основные материалы покрытий кобальтита лития для ЛИА:
Нанесение защитных покрытий значительно повышает термическую устойчивость катодного материала
LiCoO2
Li2CO3
MgOAl2O3
AlPO4
SiOx
LiMn2O4
ZrO2
SnO2
УглеродMgAl2O4
Li2O • 2B2O3
Полимеры
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов (Профатилова И.А.)