Основные способы повышения безопасности ЛИА

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


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

.


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


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.


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


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)


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


Documents

Основные способы повышения безопасности ЛИА