Гель-полимерный электролит для литиевых источников тока



Гель-полимерный электролит для литиевых источников тока
Гель-полимерный электролит для литиевых источников тока

 


Владельцы патента RU 2594763:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также суперконденсаторов. Повышение удельной электрической проводимости гель-полимерного электролита, обеспечение его химической и электрохимической стабильности, а также увеличение гомогенности электролита и повышение коэффициента диффузии лития является техническим результатом изобретения. Гель-полимерный электролит содержит полимерную матрицу, органический растворитель и неорганическую ионогенную соль лития, при этом в качестве полимерной матрицы берут сополимер полисульфона и перфтордифенилолпропана средней молекулярной массы (0.5-1.0)·105 при следующем массовом соотношении компонентов электролита, мас. ч.: сополимер полисульфона и перфтордифенилолпропана - 100, неорганическая ионогенная соль лития - 6-28, органический растворитель - 80-140. 1 табл.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Гель-полимерный электролит состоит из полимерной матрицы и пластификатора, включающего в себя апротонный диполярный растворитель и соль лития.

Известны гель-полимерные электролиты, используемые в литиевых источниках тока, состоящие из смеси полимеров с растворителем и перхлоратом натрия, причем в качестве полимеров используются смеси полиэфиров и краун-эфиров, полиэтиленгликольакрилата и винилиденфторида. Для этих композиций удельная электрическая проводимость лежит в интервале 10-3 - 5*10-3 См/см при 20°C. Недостатком их является наличие несвязанного полимером растворителя, который пассивирует литиевые электроды в процессе работы, в результате чего работоспособность источника тока резко снижается [1, 2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является гель-полимерный электролит, который содержит полимерную матрицу на основе полисульфона, неорганическую ионогенную соль лития и органический растворитель, в качестве которого используют смесь пропиленкарбоната с тетрагидрофураном, взятых в соотношении (об.%) 1:1-1:4, при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:

полисульфон - 100,

неорганическая ионогенная соль лития - 5-27,

органический растворитель - 80-140.

Для него удельная электрическая проводимость достигает 10-2 См/см, что не уступает соответствующим значениям для жидких электролитов, используемых в настоящее время в литиевых источниках тока [3]. Однако было обнаружено ухудшение свойств пленок полисульфона и гельполимерных электролитов на его основе при изменении влажности окружающего воздуха. Так, чем выше влажность окружающей среды, тем более низкой проводимостью характеризовались гель-полимерные электролиты. Такое поведение может быть связано с кооптированным взаимодействием соли и полимерной матрицы. Кроме того, проводимость гель-полимерного электролита во времени снижалась.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости гельполимерного электролита и обеспечении его химической и электрохимической стабильности. Технический результат, заключающийся в увеличении гомогенности электролита и повышении коэффициента диффузии лития, достигается тем, что в известном гель-полимерном электролите, содержащем полимерную матрицу, органический растворитель и неорганическую ионогенную соль лития, согласно изобретению в качестве полимерной матрицы используется сополимер полисульфона и перфтордифенилолпропана средней молекулярной массы (0.5-1.0)·105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:

Сополимер полисульфона и перфтордифенилолпропана - 100,

Неорганическая ионогенная соль лития - 6-28,

Органический растворитель - 80-140.

При таких значениях средней молекулярной массы полимер обладает хорошими пленкообразующими свойствами, что позволяет получить гель-полимерный электролит с хорошими механическими свойствами.

Обоснование выбранных интервалов компонентов:

- уменьшение количества соли менее нижнего предела приводит к неравномерности распределения ее по полимерной матрице и соответственно к ухудшению проводящих свойств; увеличение количества соли лития более верхнего предела приводит к ухудшению электропроводности за счет выпадения кристаллов соли в осадок.

- уменьшение количества растворителя приводит к получению жесткого геля, что снижает его электропроводность, а увеличение количества растворителя приводит к ухудшению механических свойств гельполимерного электролита.

Гель-полимерный электролит готовится следующим образом.

Порошок сополимер полисульфона и перфтордифенилолпропана растворяют в диметилацетониде, тщательно перемешивают, выливают в изложницу с тефлоновым покрытием и выдерживают в сушильном шкафу при t=110±5°C до получения пленки толщиной 10÷50 мкм. Затем пленка полимера пропитывается раствором соли лития в смеси пропиленкарбоната и тетрагидрофурана в закрытом бюксе в боксе, заполненном аргоном, в течение 18-20 часов.

В таблице приведены примеры конкретных составов и свойств заявленных гель-полимерных электролитов.

Удельная электрическая проводимость прототипа ниже на 10-15%. Гель-полимерный электролит прошел успешные испытания в аккумуляторе на основе системы литий - литий-железо фосфат (типоразмер 2025) и первичном элементе системы Li-CFX (типоразмер 2016). На протяжении 200 циклов заряда-разряда аккумулятора и 220 часах разряда первичного элемента током 0.5 мА сохранялись стабильные электрохимические параметры как гель-полимерного электролита, так и источников тока в целом.

Преимущества предлагаемого гель-полимерного электролита заключаются в его высокой удельной электрической проводимости, электрохимической стабильности и химической инертности, чем он выгодно отличается от известных.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2356131, опубл. 20.05.2009.

2. Патент РФ №2424252, опубл. 20.07.2011.

3. Патент РФ №2190903, опубл. 10.10.2002 г. Бюл. №28.

Гель-полимерный электролит, состоящий из полимерной матрицы, органического растворителя и неорганической ионогенной соли лития, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используется сополимер полисульфона и перфтордифенилолпропана средней молекулярной массы (0.5-1.0)·105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:

сополимер полисульфона и перфтордифенилолпропана 100
неорганическая ионогенная соль лития 6-28
органический растворитель 80-140



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока, преобразующим химическую энергию в электрическую, и предназначено для применения в системах запуска и бортового электроснабжения в ракетно-космической технике.

Изобретение относится к фтор-проводящему твердому электролиту R1-yMyF3-y с тисонитовой структурой, содержащему фториды редкоземельного и щелочно-земельного металлов.

Изобретение относится к композитному твердому электролиту на основе фаз, кристаллизующихся в системе Bi2O3-BaO-Fe2O3. При этом он содержит, мол.%: Bi2O3 - 67-79, BaO - 17-22, Fe2O3 - 2-16.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приборах мобильной связи в качестве источника постоянного тока многократного использования.

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству накопления энергии в виде суперконденсатора с неорганическим композиционным твердым электролитом.

Настоящее изобретение относится к керамической мембране, проводящей щелочные катионы, по меньшей мере, часть поверхности которой покрыта слоем из органического катионо-проводящего полиэлектролита, который нерастворим и химически устойчив в воде при основном рН.
Изобретение относится к области энергетики, в частности к разработке составов, содержащих фторид, бромид, молибдат лития, при этом для расширения диапазона концентраций с низкой температурой плавления дополнительно введен вольфрамат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: фторид лития 6,34-7,03, бромид лития 76,28-79,61, вольфрамат лития 4,85-9,59, молибдат лития 4,47-11,84.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве катодного материала в пленочных литиевых источниках тока многоразового действия с пленочным электролитом на основе ионогенной соли.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к твердотельным электрохимическим источникам тока. .
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве пленочного электролита в литиевых источниках тока многоразового действия с пленочным катодом и LiAl пленочным анодом.

Изобретение предлагает удерживатель электролита для литиевой аккумуляторной батареи, способный удерживать электролитический раствор внутри электродов или на границе раздела между удерживателем (сепаратором) и каждым из электродов, предотвращать нехватку электролита внутри электродов и ограничивать осаждение и рост дендритов в литиевой аккумуляторной батарее.

Изобретение относится к литиевым источникам тока, а именно к разработке литий-фторуглеродных элементов (ЛФЭ), обладающих улучшенными разрядными характеристиками при низких температурах.

Изобретение относится к литий-воздушному аккумулятору, состоящему из металлического литиевого анода, находящегося в герметичной камере, заполненной неводным литий-проводящим электролитом, катода, находящегося в катодной камере, имеющей доступ к кислороду и заполненной неводным литий-проводящим электролитом.

Изобретение относится к технологии получения материала на основе смешанного оксида лития и марганца со структурой шпинели для использования его во вторичных батареях.

Литий-алюминиевые аноды применяются в литиевых источниках тока (ЛИТ), которые используются в качестве источников питания длительного хранения и поддержки памяти; в сложном технологическом оборудовании, работающем по заданной программе; в системах учета и анализа расхода жидкостей и газов; в медицинской технике как наиболее надежные и компактные.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Предложены силовая установка электромобиля, электромобиль с такой силовой установкой и способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств с электротягой. Система контроля работы электромобиля содержит: обогревательный контур (11), нагрузочный конденсатор (С12), распределительное устройство (20) и модуль управления переключателями (200).

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для производства улучшенного катодного активного материала литий-ионных аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к способу получения высокоемких анодных материалов на основе соединений включения лития в графитную спель и способу изготовления из них отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к силовым установкам гибридного автомобиля. Технический результат - повышение эксплуатационных параметров аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к способу получения электролита, включающему получение жидкого силикатного раствора, добавление неорганической кислоты, механическое перемешивание, отличающемуся тем, что получают жидкий силикатный раствор путем введения полисиликата натрия в раствор этиленгликоля в воде, содержание этиленгликоля в растворе этиленгликоля в воде составляет 33±1,6 мас. %, соотношение полисиликата натрия и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,500±0,05 г/г. Проводят механическое перемешивание смеси, в две стадии вводят серную кислоту, соотношение серной кислоты к введенному полисиликату натрия составляет 0,202±0,001 г/г, на первой стадии проводят механическое перемешивание, на второй стадии прокалывают слой образовавшегося геля на всю его глубину и вводят в полученные отверстия оставшуюся серную кислоту, далее проводят механическое перемешивание до получения однородной гелевой массы и добавляют сухой медный купорос, взятый в количестве, при котором соотношение медного купороса и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,450±0,02 г/г. Далее вводят электролит без добавок, полученный растворением медного купороса в растворе этиленгликоля в воде, соотношение электролита без добавок и первоначально введенного раствора этиленгликоля в воде составляет 0,360±0,02 г/г, проводят механическое перемешивание смеси. Использование предлагаемого изобретения позволяет улучшить эксплуатационные свойства получаемого электролита. 1 пр.
Наверх