Анодный материал



Анодный материал
Анодный материал

 


Владельцы патента RU 2596023:

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ЛИТИОН" (RU)

Изобретение относится к анодному материалу с покрытием и к аккумулятору с металлическим анодом с покрытием. Техническим результатом изобретения является повышение прочности литиевого слоя анодного материала и снижение электрохимически неактивной массы. Анодный материал выполнен в виде металлической фольги с токоотводами с возможностью нанесения на ее поверхность слоя металлического лития путем напыления или прикатывания литиевой фольги и последующего напыления на слой металлического лития защитного слоя. 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.

 

Область техники

Изобретение относится к металлическому аноду с покрытием и может быть использовано в литиевых аккумуляторах.

Уровень техники

Из уровня техники известно, что в качестве защитных покрытий для литиевых электродов могут быть использованы полимерные, керамические или композитные полимер-керамические покрытия (US 2013/0236764 А1, опубл. 12.09.2013). В качестве полимеров для таких покрытий могут быть использованы сополимеры, включающие гидрофобные (полидиметилсилоксан) и гидрофильные (полиоксиметиленметакрилат или полиоксиэтиленакрилат) полимерные блоки, имеющие низкую температуру стеклования. Удельная емкость литиевого аккумулятора, содержащего защищенный таким образом литиевый анод, тем не менее, не превышает 150 мА/г, а падение емкости за 30 циклов перезаряда достигает 30%.

Наиболее близким аналогом заявленной группы изобретения является анодный материал, раскрытый в источнике ЕР 0715366 А1, опубл. 05.06.1996, в котором качестве защитного анодного покрытия использовали различные оксиды переходных металлов (W, Mo, Ti, V, Nb, Zr, Hf, Та, и Cr). Растворы прекурсоров соответствующих металлов наносят на поверхность литиевого анода, высушивают растворитель и затем производят отжиг при температуре 300-500°С для формирования оксидного слоя. Помимо этого, оксидные пленки могут быть сформированы путем напыления, химического осаждения из газовой фазы, испарения электронным пучком.

Данные покрытия позволяют предотвратить образование дендритов, однако использование литиевой фольги в качестве анода создает ряд трудностей при сборке аккумулятора, связанных с мягкостью металлического лития: присоединение токоотвода к литиевой фольге и возможность его повреждения в процессе сборки, что может привести к нарушению целостности защитного слоя и формированию дендритов в ходе работы аккумулятора.

Раскрытие изобретения

Задача предлагаемого технического решения состоит в разработке анодного материала для вторичных аккумуляторов с защитным покрытием, обладающего низкой электрохимически неактивной массой.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности литиевого слоя анодного материала и снижение электрохимически неактивной массы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что анодный материал, выполненный в виде металлической фольги с токоотводами, выполненной с возможностью нанесения на ее поверхность слоя металлического лития путем напыления или прикатывания литиевой фольги и последующего напыления на слой металлического лития защитного слоя.

В качестве материала металлической фольги использованы Al, Ni, нержавеющая сталь.

Толщина слоя металлического лития составляет от 50 нм до 50 мкм.

Толщина литиевой фольги составляет 50-500 мкм.

В качестве защитного слоя использованы керамические материалы, выбранные из группы: нитрид лития, литированный оксонитрид фосфора; полимерные материалы, выбранные из группы: полиэтиленоксид, поливинилидендифторид, полиэтилен; оксидные материалы, выбранные из группы: титанат лития, оксид кремния; Si, Al, Ge, Au.

Толщина защитного слоя составляет от 10 нм до 10 мкм.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - Разрядно-зарядная кривая аккумулятора, изготовленного согласно ЕР 0715366 А1.

Фиг. 2 - Разрядно-зарядная кривая аккумулятора, содержащего литиевый анод на никелевой фольге с напыленными слоями лития толщиной 10 мкм и кремния толщиной 50 нм, при плотности тока 0,15 мА/см2 и глубине разряда 1,5 мАч/см2.

Фиг. 3 - Разрядно-зарядная кривая аккумулятора, содержащего литиевый анод на алюминиевой фольге, на поверхность которой прикатана литиевая фольга толщиной 500 мкм и последующим напылением слоя германия толщиной 10 мкм, при плотности тока 0,15 мА/см2 и глубине разряда 1,5 мАч/см2.

Осуществление изобретения

Анодный материал, выполненный в виде металлической фольги с токоотводами, выполненной с возможностью нанесения на ее поверхность слоя металлического лития путем напыления или прикатывания литиевой фольги и последующего напыления на слой металлического лития защитного слоя.

В качестве материала металлической фольги использованы Al, Ni, нержавеющая сталь.

Толщина слоя металлического лития составляет от 50 нм до 50 мкм. Толщина напыленного литиевого слоя менее 50 нм будет недостаточным для осуществления необходимой глубины разряда аккумулятора; выше 50 мкм окажется избыточной и приведет к увеличению неактивной массы аккумулятора.

Толщина литиевой фольги составляет 50-500 мкм. Толщина литиевой фольги менее 50 мкм будет недостаточной для осуществления необходимой глубины разряда аккумулятора; выше 500 мкм окажется избыточной и приведет к увеличению неактивной массы аккумулятора.

В качестве защитного слоя использованы керамические, выбранные из группы: нитрид лития, литированный оксонитрид фосфора; полимерные, выбранные из группы: полиэтиленоксид, поливинилидендифторид, полиэтилен; оксидные материалы, выбранные из группы: титанат лития, оксид кремния; Si, Al, Ge, Au.

Толщина защитного слоя составляет от 10 нм до 10 мкм. При толщине защитного слоя больше 10 мкм затрудняется диффузия ионов лития из литиевого электрода в электролит, что может привести к уменьшению рабочего напряжения аккумулятора. Слой менее 10 нм может механически разрушаться при циклировании аккумулятора.

Напыление литиевого и защитного слоев осуществляют с помощью магнетронного напыления, температурно-индуцированного и плазменного химического осаждения из газовой фазы, распыления электронным пучком, кластерного ионного испарения.

Пример 1

На поверхность никелевой фольги с токоотводами наносят методом магнетронного напыления слой металлического Li толщиной 10 мкм. Поверх слоя из металлического слоя нанесен методом магнетронного напылением защитный слой из Si толщиной 50 нм. Полученный электрод может быть использован в качестве анода в литиевом аккумуляторе, содержащем катод и электролит. Из фиг. 1 видно, что при перезарядке аккумулятора литиевый слой анодного материала может разрушаться, или формируются дендриты, что приводит к ухудшению работы аккумулятора, следовательно, такой анодный материал имеет низкую прочность литиевого слоя и высокую электрохимически неактивную массу. Как показали эксперименты (см. фиг. 2), анод аккумулятора в виде никелевой фольги с токоотводами, на поверхность которой напылен слой металлического Li толщиной 10 мкм, поверх которого напылен защитный слой из Si толщиной 50 нм, перезаряжается без разрушения литиевого слоя, т.е. имеет более высокую прочность, что не приводит к ухудшению работы аккумулятора и образованию дендритов, а также позволяет снизить электрохимически неактивную массу. При этом прочность литиевого слоя увеличивается в 10 раз, а электрохимически неактивная масса снижается в 10 раз.

Пример 2

На поверхность алюминиевой фольги с токоотводами прикатывают литиевую фольгу толщиной 500 мкм. Поверх слоя из металлического слоя нанесен методом плазменного химического осаждения из газовой фазы слой из Ge толщиной 10 мкм. Полученный электрод может быть использован в качестве анода в литиевом аккумуляторе, содержащем катод и электролит. Из фиг. 1 видно, что при перезарядке аккумулятора литиевый слой анодного материала может разрушаться, или формируются дендриты, что приводит к ухудшению работы аккумулятора, следовательно, такой анодный материал имеет низкую прочность литиевого слоя и высокую электрохимически неактивную массу. Как показали эксперименты (см. фиг. 3), анод аккумулятора в виде алюминиевой фольги с токоотводами, на поверхность которой прикатана литиевая фольга толщиной 500 мкм, поверх которой напылен слой из Ge толщиной 10 мкм, перезаряжается без разрушения литиевого слоя, т.е. имеет более высокую прочность, что не приводит к ухудшению работы аккумулятора и образованию дендритов, а также позволяет снизить электрохимически неактивную массу. При этом прочность литиевого слоя увеличивается в 10 раз, а электрохимически неактивная масса снижается в 10 раз.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить анодный материал с повышенной прочностью литиевого слоя и с пониженной электрохимически неактивной массой.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

1. Анодный материал, выполненный в виде металлической фольги с токоотводами, выполненной с возможностью нанесения на ее поверхность слоя металлического лития путем напыления или прикатывания литиевой фольги и последующего напыления на слой металлического лития защитного слоя.

2. Материал по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве материала металлической фольги использованы Al, Ni, нержавеющая сталь.

3. Материал по п. 1, характеризующийся тем, что толщина слоя металлического лития составляет от 50 нм до 50 мкм.

4. Материал по п. 1, характеризующийся тем, что толщина литиевой фольги составляет 50-500 мкм.

5. Материал по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве защитного слоя использованы Si, Al, Ge, Au.

6. Материал по п. 5, характеризующийся тем, что толщина защитного слоя составляет от 10 нм до 10 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к литий-воздушному аккумулятору и способу его изготовления, и может быть использовано для электропитания различного оборудования.

Заявленное изобретение относится к электродам, устройствам аккумулирования электроэнергии, содержащим такие электроды, и к способам производства электродов и устройств аккумулирования электроэнергии.

Изобретение относится к области электротехники. Предложен литиевый аккумулятор, включающий, по крайней мере, два объемных электрода, разделенных сепаратором и помещенных вместе с электролитом, содержащим безводный раствор литиевой соли в органическом полярном растворителе, в корпус аккумулятора, каждый электрод имеет минимальную толщину 0,5 мм, и хотя бы один из этих электродов содержит гомогенный спрессованный раствор электропроводного компонента и активного материала, способного поглощать и выделять литий в присутствии электролита, при этом пористость спрессованных электродов составляет от 25% до 90%, активный материал имеет структуру полых сфер с максимальной толщиной стенки 10 микрометров или структуру агрегатов или агломератов с максимальным размером 30 микрометров, при этом сепаратор содержит высокопористый электроизоляционный керамический материал с открытыми порами и пористостью от 30% до 95%.

Изобретение относится к катоду для литиевых вторичных батарей. Катод включает сочетание одного или более соединений, выбранных из формулы 1, и одного или более соединений, выбранных из формулы 2 ( 1 − s − t ) [ L i ( L i a M n ( 1 − a − x − y ) N i x C o y ) O 2 ] ⋅ s [ L i 2 C O 3 ] ⋅ t [ L i O H ]   ( 1 ) L i ( L i b M n ( 2 − b ) ) O 4   ( 2 ) , где 0<a<0,3; 0<x<0,8; 0<y<0,6; 0<s<0,05; 0<t<0,05 и 0<b<0,3.

Изобретение относится к катоду для литиевых вторичных батарей. Катод для литиевых вторичных батарей включает сочетание одного или более соединений, выбранных из формулы ( 1 − s − t ) [ L i ( L i a M n ( 1 − a − x − y ) N i x C o y ) O 2 ] * s [ L i 2 C O 3 ] * t [ L i O H ] , и одного или более соединений, выбранных из формулы ( 1 − u ) L i F e P O 4 * u C , где 0<а<0,3; 0<х<0,8; 0<y<0,6; 0<s<0,05; 0<t<0,05 и 0,01<u<0,1.

Изобретение относится к электроду и способу его производства. Электрод включает в себя проводящий токоотвод, имеющий слой смолы и слой активного материала, сформированный на токоотводе.

Изобретение относится к области получения твердых углеродных материалов и может быть использовано в промышленном синтезе катодных материалов для литиевых химических источников тока.

Изобретение относится к композитному электроду для устройства аккумулирования электроэнергии. .

Изобретение относится к наноразмерному катализатору прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов. .

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Система управления транспортного средства содержит аккумуляторную батарею, обогреватель аккумуляторной батареи и вспомогательную систему кондиционирования воздуха, блок связи и блок управления.

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.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также суперконденсаторов.

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).
Наверх