Введение 3
1. Литературный обзор 4
1.1. Устройство литий-ионных аккумуляторов 4
1.2. Влияние типа электролита на электрохимические свойства материалов для ЛИА 4
1.3. Электрохимические свойства катодных и анодных материалов на примере литий-марганцевой шпинели и титаната лития 7
1.4. Пути повышения электрохимических свойств электродных материалов для ЛИА в диапазоне температур от -30 до +25 °C 9
1.5. Влияние связующего на функциональные свойства электродных материалов в отрицательном диапазоне температур 16
1.6. Гальваностатический заряд/разряд как метод исследования свойств электродных материалов для ЛИА 19
1.7. Постановка цели и задач работы 20
2. Экспериментальная часть 22
3. Обсуждение результатов 24
3.1. Функциональные свойства LMO-электродов с двумя различными связующими 24
3.2. Функциональные свойства LTO-электродов с двумя различными связующими 26
Итоги работы 29
Список цитированной литературы 30
В настоящее время растет спрос на более мощные и долговечные источники тока с целью бесперебойного питания различных устройств. Одними из наиболее широко распространенных источников в настоящее время являются литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) из-за их высокой емкости и длительного срока службы вследствие низкого саморазряда. Существуют области применения устройств, в которых возникает необходимость работы аккумуляторов при температурах ниже 0°С. В частности, аккумуляторы для военной техники и космической аппаратуры рассчитаны на работу от -40°С до 60°С. Мобильные устройства с ЛИА невозможно полноценно эксплуатировать при низкой температуре окружающей среды в условиях северных широт, поскольку аккумуляторы начинают быстро разряжаться и перестают работать. Таким образом, улучшение характеристик ЛИА при низкой температуре (ниже 0°С и до -30°С) является одним из важных направлений.
Целью данной выпускной квалификационной работы является тестирование электрохимических свойств электродных материалов для ЛИА: а) катодного на основе LiMn2O4 (LMO) и б) анодного на основе Li4TisOi2 (LTO) в области температур от комнатной до -30°С в зависимости от типа связующего (поливинилиденфторид и комбинированный поли-3,4-этилендиокситиофен:полистиролсульфонат в смеси с карбоксиметилцеллюлозой) в низкотемпературном коммерческом электролите.
В работе проведено исследование функциональных свойств электродов на основе LMO и LTO в диапазоне температур +25 — -30°C в зависимости от типа связующего методом гальваностатического заряд/разряда. Экспериментально установлено следующее:
• уменьшение емкости для всех типов электродов с понижением температуры;
• для LMO-электродов со связующим PEDOT:PSS/CMC емкость выше во всем указанном диапазоне температур;
• емкость LTO-электродов слабо зависит от типа связующего в указанном диапазоне температур.
