Цель работы : Создание материалов электродов существенно повышавших энергоемкость литий ионной батареи.
В процессе выполнения НИОКРа по разработке перспективных материалов анода для литий ионных аккумуляторов были разработаны методики нанесения на анод кремния из газовой фазы:
Краткий обзор проведенной работы:
Сотрудниками НПО ССК были получены образцы кремневого анода 1800 мАч/г.
Тестирование электродов проводили в герметичных тефлоновых ячейках, содержащих 3 электрода: рабочий (Si), вспомогательный - литиевая фольга и электрод сравнения - литиевая фольга). В качестве электролита использовали 1 M LiClO4 в смеси пропиленкарбоната и диметоксиэтана (7:3). Сборку ячеек и заполнение электролитом проводили в боксе с атмосферой сухого аргона. Содержание воды в электролите не превышало 50 ppm.
Тестирование электродов заключалось в определении их интеркаляционной емкости (по отношению к внедрению лития), а также оценке деградации при длительном циклировании. Интервал рабочих потенциалов составлял от 2 до 0.01 В относительно литиевого электрода сравнения.
На рис. 1. представлены зарядно-разрядные кривые первого цикла этих электродов. Вид кривых свидетельствует о внедрении кремния при катодной поляризации и об экстракции при анодной. Для аморфного и поликристаллического кремния вид зарядно- разрядных кривых практически одинаков. Разница наблюдается лишь в величине интеркаляционной емкости. Подчеркнем, что на рис. 1 приведены данные об удельной емкости материала, рассчитанные из номинальной толщины кремниевых покрытий . Удельная емкость в единицах мАч/г важна для сопоставления разных материалов. Для тонкопленочных электродов, однако, более информативной (а в данном случае и более точной) величиной является удельная емкость электрода в единицах мАч/см2. Площадь электродов известна с достаточной точностью, так что здесь нет осложнений, связанных с неточным определением толщины кремниевого покрытия.
На рис.2 представлено изменение разрядной емкости электродов при длительном циклировании. Из графика видно, что наименьшей деградацией при циклировании характеризуются электроды на медной подложке. Наибольшую деградацию показывает кремний, напыленный на подслой нитрида титана. Точный механизм деградации в данном случае не установлен, но обычно существенной прициной падения емкости электродов при циклировании является недостаточная адгезия кремниевого покрытия к подложке.
Основные результаты тестирования электродов также представлены в таблице, где приведены данные о начальной емкости электров в расчете на массу кремния и на площадь электрода, а также данные о деградации электродов при циклировании.
Рис. 1. Зарядно-разрядные кривые электродов из аморфного и поликристаллического кремния. Толщина 800 нм для образцов Cu1, Ti, TiN и 5 мкм для образца литер SANYO. Электролит 1M LiClO4 в ПК-ДМЭ (7:3). Ток 1000 мА/г.
Рис 2. недоступен!
Рис. 2. Изменение разрядной емкости электродов из аморфного и поликристаллического кремния. Толщина 800 нм для образцов Cu1, Ti, TiN и 5 мкм для образца литер SANYO.
Электролит 1M LiClO4 в ПК-ДМЭ (7:3). Ток 1000 мА/г.
Таким образом удалось достичь нанесения матерела увеличивающий в разы энергоемкость анода.
Данные работы проводились за счет собственных средств ООО «НПО ССК».
Начало работы 09.2010 конец 12.2011
Работы завершены.