Литиевые электрохимические системы

Литий-ионные источники тока с улучшенными характеристиками все больше востребованы в различных сферах. Одними из наиболее активно изучаемых являются материалы на основе кремния, позволяющие повысить емкость анода. В настоящей работе продолжено изучение поведения тонкопленочных кремниевых анодов в составе анодного полуэлемента литий-ионного источника тока в условиях ограничения зарядной емкости до 1000 и 4000 мА·ч/г.

Показано, что качество электролита литий-железо-фосфатного аккумулятора оказывает существенное влияние на его ресурс и работоспособность. Продемонстрировано, что электролиты марок ТС-EDM01 и DGZH018 могут быть использованы в производстве литий-железо-фосфатного аккумулятора. Установлено, что применение углерода при модификации поверхности LiFePO4 и при изготовлении электродов повышает стабильность, ресурс и удельные характеристики аккумуляторов.

Гравиметрическим методом исследована окислительная и гидролитическая стабильность прекурсоров для синтеза твердых сульфидных электролитов – Li2S и P2S5 – в воздухе с различным содержанием воды, а также сухого аргона. Установлено, что содержание воды в воздухе существенно влияет на стабильность материалов. Li2S и P2S5 нестабильны даже в воздухе с содержанием воды 5 ppm. Более того, было установлено, что окислительно-гидролитическая стабильность Li2S зависит от наличия примесей.

Изучена устойчивость твердых сульфидных электролитов Li7P3S11 и Li3PS4 к окислению и гидролизу при различной влажности газовой среды (воздуха и аргона). Установлено, что с увеличением влажности воздуха скорость окисления сульфидных электролитов возрастает. Показано, что скорость окисления сульфидных электролитов определяется их составом, так электролит Li7P3S11 демонстрирует лучшую окислительную устойчивость во влажной атмосфере воздуха по сравнению с Li3PS4. Основным продуктом окисления сульфидных электролитов является сульфат лития.

Методом нормированных гальваностатических кривых, а также на основании изменений потенциалов полузаряда и полуразряда электрода на основе композита серы с восстановленным оксидом графена установлено, что основной причиной деградации электрода при циклировании является потеря активного материала (за счёт челночного переноса полисульфидов и серы с положительного электрода на отрицательный литиевый электрод).

Кремний является одним из перспективных материалов анода литий-ионных источников тока с повышенными эксплуатационными характеристиками. Однако деградация кремния в ходе литирования/делитирования по-прежнему остается основной проблемой, которая не позволяет применять его в качестве электрода в коммерческих целях. В работе изучено поведение электроосажденной из расплава LiCl-KCl-CsCl-K2SiF6 на стеклоуглероде пленки кремния толщиной около 5-6 мкм при ее литировании и делитировании в составе анодного полуэлемента литий-ионного источника тока.

Рассмотрены роль состава, толщины и морфологии поверхности электродных композитов на основе Li3V2(PO4)3 или Li4Ti5O12 с углеродным наноматериалом и поливинилиденфторидом на демонстрируемое ими электрохимическое поведение. Толщиной и морфологией поверхности электродов управляем совместно прокатом на вальцах с разным зазором и контролируем с применением 3D лазерной микроскопии и сканирующей электронной микроскопии.