Курсовая работа (т): Материалы литий-ионных аккумуляторов

·   приемлемые интеркаляционная емкость по литию и потенциал "заряженного" электрода;

·   малый размер частиц абсорбента лития;

·   обратимость взаимодействия реагента с литием;

·   присутствие в композиции разных типов материалов, в первую очередь реагента и инактивной матрицы, играющих свою роль в процессе взаимодействия с литием и обеспечении морфологической устойчивости системы;

·   сохранение фазового разделения компонентов системы в процессе циклирования лития.

5. Сепараторы и конструкции аккумуляторов

Чтобы уменьшить внутреннее сопротивление ХИТ и сделать его компактным, его электроды должны быть как можно ближе друг к другу.

А чтобы при этом не произошло короткого замыкания, между ними помещается сепаратор, т.е. мембрана, проницаемая для ионов: либо пористая, пропитываемая жидким электролитом, либо сама обладающая литий-ионной проводимостью.

Сепаратор должен:

быть электронным изолятором;

оказывать минимальное сопротивление движению ионов, т.е. быть тонким и пористым, при этом однородным по толщине;

иметь механическую прочность, т.е. быть не слишком тонким;

препятствовать проникновению через поры твёрдых частиц электродных материалов;

быть химически стойким по отношению к электродным материалам - сильным восстановителям и окислителям;

хорошо смачиваться электролитом;

быть гибким для использования в элементах со спиральной намоткой;

быть недорогим.

Эти требования во многом противоречивы, и приходится искать компромиссные решения.

Наиболее употребительными в литий-ионных аккумуляторах являются микропористые мембраны из полиэтилена и полипропилена толщиной менее 30 мкм, с размером пор 0,03-0,1 мкм и объёмной долей пор 30-50%. Для предотвращения взрыва при перегреве литий-ионного аккумулятора желательно, чтобы при превышении допустимой температуры поры закрывались при сохранении механической прочности. С этой целью используются трёхслойные мембраны полиэтилен-полипропилен-полиэтилен.

Около 135°С полиэтилен оплавляется и закрывает поры, а полипропилен, температура плавления которого на 30° выше, сохраняется в твёрдом состоянии.

Рисунок. Температурная зависимость электросопротивления трёхслойного сепаратора марки Celgard (пропитанного электролитом)

Наиболее типичная конструкция цилиндрических и призматических (в форме параллелепипеда) аккумуляторов предусматривает наложение четырёх тонких лент: сепаратора, алюминиевой фольги с наклеенным материалом положительного электрода, сепаратора и медной фольги с наклеенным материалом отрицательного электрода. Большую роль при этом играет связующее. Оно должно обеспечить одновременно электрический контакт и хорошее сцепление порошков с фольгой, чтобы они не осыпались при наматывании, и при этом быть устойчивым к жидкому электролиту. Эту четырёхслойную ленту сматывают в спираль, помещают в корпус, заливают электролитом и герметизируют.

Заключение

Из проведённого рассмотрения следует, что создание эффективного устройства - это комплексная материаловедческая проблема на стыке неорганической химии, кристаллохимии, химии твёрдого тела, электрохимии, физической химии неводных растворов, металловедения, органической химии и химии высокомолекулярных соединений.

Список рекомендуемой литературы

1. Tarascon J.-M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries [Текст] /J.-M. Tarascon, M. Armand // Nature. - 2011. - V. 414. - P. 359-367.

2. Львов А.Л. Литиевые химические источники тока [Текст] / А.Л. Львов // Соросовский образовательный журнал. - 2011. - Т. 7. - №3. - С. 45-51.

. Скундин А.М. Современное состояние и перспективы развития исследований литиевых аккумуляторов [Текст] / А.М. Скундин, О.Н. Ефимов, О.В. Ярмоленко // Успехи химии. - 2012. - Т. 71. - №4. - С. 378-398.

4. Xu K. Nonaqueous Liquid Electrolytes for Lithium-Based Rechargeable Batteries [Текст] / K. Xu // Chem. Rev. - 2004. - V. 104. - P. 4303-4417.

. Whittingham M.S. Lithium Batteries and Cathode Materials [Текст] / M.S. Whittingham // Chem. Rev. - 2004. - V. 104. - P. 4271-4301.

. Скундин А.М. Литий-ионные аккумуляторы: современное состояние, проблемы и перспективы // Электрохимическая энергетика, 2011, т. 1, с. 5-15.

7. Кедринский И.А., Дмитриенко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники тока. М.: Энергоиздат, 2012, 247 c.

8. Lithium Batteries: Science and Technology / Editors: Glocham-Abbas Nazri and Gianfranco Pistoia, Kluwer Academic Publishers, New York, 2004, 708 p.

. Jose L. Tirado, Inorganic materials for the negative electrode of lithium-ion batteries: state of the art and future prospects // Materials Science and Engineering, 2003, R40, pp. 103-136.

. Arora P. Battery Separators [Текст] / P. Arora, Z. Zhang // Chem. Rev. - 2004. - V. 104. - P. 4419-4462.

. Long J.W. Three-Dimensional Battery Architectures [Текст] / J.W. Long, B. Dunn, D.R. Rolison, H.S. White // Chem. Rev. - 2004. - V. 104. - P. 4463-4492