АНОДНІ СИСТЕМИ ГНУЧКИХ ТОНКОПЛІВКОВИХ ЛІТІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВ

Valeriy Rodionov; Sergiy Soroka; Evgenii Rodionov

doi:10.20535/1970.60(2).2020.221281

Автор(и)

Valeriy Rodionov Державна установа "Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України"
Sergiy Soroka Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
Evgenii Rodionov Національний університет харчових технологій

DOI:

https://doi.org/10.20535/1970.60(2).2020.221281

Ключові слова:

електрод, графіт, кремній, літій-іонний, наноплівка

Анотація

Завданням до виконання дослідницької роботи було покращення експлуатаційних характеристик літій-іонних акумуляторів, а саме, збільшення показників питомої енергії та питомої потужності, збільшення кількості циклів заряду-розряду, покращення технологічності виробництва, розширення температурного експлуатаційного діапазону та зменшення собівартості виробництва джерел енергії.

Аналіз існуючих технологій виробництва літій-іонних акумуляторів дав можливість врахувати недоліки та технологічні обмеження, що надихнуло на виникнення нового підходу до створення електродних систем на інших фізичних принципах.

У роботі розглянуто вдосконалення технології отримання анодних систем для літій-іонних акумуляторів з використанням плівки графіту з нанесенням на неї плівки кремнію. Отриманий результат, при використанні запропонованої методики, показує збільшення іонної провідності електродів, що відбувається в основному внаслідок зменшення опору кордонів зерен. Це обумовлено декількома причинами, а саме зменшенням концентрації діелектричних домішок у поверхневому шарі.

Також у роботі досліджувалась анодна система електрода літій-іонного акумулятора, отримана за допомогою вакуумного напилення на гнучку тонку органічну плівку (найчастіше полістирол), з нанесеним на неї тонко плівковим мідним електродом, на який методом високочастотного магнетронного осадження наносилися шар графіту і кремнію, дотримуючись ряду технологічних вимог.

Запропонований у роботі метод полягає в отриманні тонкого плівкового нанорозмірного електродного матеріалу для літій-іонних акумуляторів на основі сформованих з кластерів графіту і кремнію плівок, які отримують в дві стадії магнетронного розпилення графітної та кремнієвої мішені в плазмі, з використанням аргону і добавки кисню.

Застосування магнетронного розпилювального пристрою і мішеней з графіту та кремнію дозволяє управляти структурою нанесення шарів вуглецю та кремнію. Розроблена технологія магнетронного напилення забезпечує контроль і повторюваність товщини шару.

Біографії авторів

Valeriy Rodionov, Державна установа "Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України"

Відділ ядерно-фізичних технологій, доктор технічних наук, професор

Sergiy Soroka, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

асистент

Evgenii Rodionov, Національний університет харчових технологій

Postgraduate Student

Посилання

Kedrinskiy, I.A, and Yakovlev, V.G. Li-ionnye akkumulyatory. Krasnoyarsk, RF: IPK «Platina», 2002, 321 p. [in Russian]

Himicheskie istochniki toka. Spravochnik; Edit. N. V. Korovina, A. M. Skundina. Moscow, RF: Izd-vo MEI, 2003. 740 p. [in Russian]

V.S. Dubasova, and L.S. Kanіvs`kiy, "Elektrodnі materіali dlya lіtіy-іonnih akumulyatorіv", Elektrohіmіya, vol. 40, N4, pp.415-420, 2004. [in Russian]

Li Janlin, Daniel Clans, and David Wood, "Materials processing for lithium-ion batteries", IPower Sources, Vol. 196, N5, pp.2452-2460, 2011.

D.S.Trenin, A.P. Cedilkin, and V.I. Teslaidr, "Optimizaciya tehnologii naneseniya pasty aktivnoy massy v proizvodstve e`lektrodov", E`lektrohimicheskaya e`nergetika, vol.5, N1, p.57, 2005 [in Russian]

Pistoia G, Lithium batteries. New York, USA: Elsevier, 1994.

W. Rudolf, and U. Hofman, “Uber Grafitsalze”, Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, v. 238, p. 1, 1938. DOI:10.1002/zaac.19382380102

N. A. Kaskhedikar, and I. Maier, “Lithium Storage in Carbon Nanostructures”, Awansed Materials, Vol. 21, pp. 2664-2680, 2009. DOI:10.1002/adma.200901079

M. Winter, J. O. Besenhard, M. E. Spahr, P. Novak, “Insertion Elektrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries”, Advanced Materials, Vol. 10. pp. 725 - 763, 1998.

DOI:10.1002/(SICI)1521-4095(199807)10:10<725::AID-ADMA725>3.0.CO;2-Z.

D. Billaud, F. X. Henry, P. Willmann, “Electrohemicals synthesis of binary graphite-littium intercalation compounds”, Mater. Res. Bull. v. 28, p. 477, 1993. DOI:10.1016/0025-5408(93)90130-6