Гельполимерный электролит для литиевых источников тока


 


Владельцы патента RU 2614040:

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

Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно к гельполимерному электролиту, который может быть использован при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Техническим результатом изобретения является увеличение гомогенности электролита и повышение в нем коэффициента диффузии лития. Кроме того, предложенный гельполимерный электролит обеспечивает повышение удельной электрической проводимости, а также высокую химическую и электрохимическую стабильность. Указанный результат достигается за счет использования в качестве полимерной матрицы аморфного перфторполиэфира. 1 табл.

 

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

Известны гельполимерные 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°С. 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 достигаемому результату является гельполимерный 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 гельполимерные электролиты. Такое поведение может быть связано с кооптированным взаимодействием соли и полимерной матрицы. Кроме этого, проводимость гельполимерного 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 гельполимерном электролите, содержащем полимерную матрицу, органический растворитель и неорганическую ионогенную соль лития, согласно изобретению в качестве полимерной матрицы используется перфторполиэфир средней молекулярной массы (0,5-1,0)⋅105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:

перфторполиэфир - 100,

неорганическая ионогенная соль лития - 7-30,

органический растворитель - 80-140.

При таких значениях средней молекулярной массы полимер обладает хорошими пленкообразующими свойствами, что позволяет получить гельполимерный 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.

Гельполимерный электролит готовится следующим образом: порошок перфторполиэфира растворяют в диметилацетониде, тщательно перемешивают, выливают на специальное стекло и выдерживают в сушильном шкафу при t=100±5°С 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 гельполимерных электролитов.

Удельная электрическая проводимость прототипа ниже на 12-17%. Гельполимерный электролит прошел успешные испытания в аккумуляторе на основе системы литий-литий-титан фосфат (типоразмер 2325) и первичном элементе системы Li-МnО2 (типоразмер 2025). На протяжении 250 циклов заряда-разряда аккумулятора и 320 часах разряда первичного элемента током 0,5 мА сохранялись стабильные электрохимические параметры как гельполимерного электролита, так и источников тока в целом.

Преимущества предлагаемого гельполимерного 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.

Гельполимерный электролит для литиевых источников тока, состоящий из полимерной матрицы, органического растворителя и неорганической ионогенной соли лития, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используется перфторполиэфир средней молекулярной массы (0,5-1,0)⋅105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:

перфторполиэфир 100
неорганическая ионогенная соль лития 7-30
органический растворитель 80-140



 

Похожие патенты:

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

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. .

Предложены силовая установка электромобиля, электромобиль с такой силовой установкой и способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля. Силовая установка электромобиля содержит: аккумуляторную батарею (101); обогреватель аккумуляторов (102), соединенный с аккумуляторной батареей (101); устройство управления аккумуляторами (103), соединенное с аккумуляторной батареей (101) и обогревателем аккумуляторов (102) соответственно и выполняющее функцию перевода электромобиля в режим обогрева при движении или в режим обогрева при стоянке в соответствии с температурой и остаточным зарядом аккумуляторной батареи, когда температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение для обогрева, и остаточный заряд аккумуляторной батареи больше, чем пороговая величина заряда при стоянке; контроллер (106) двигателя, соединенный соответственно с двигателем (105) и электрической распределительной коробкой (104); и разграничительный индуктор (L2).

Изобретение относится к противоэлектроду электрохромного устройства и способу его получения и может быть использовано при изготовлении смарт-стекол или светопрозрачных конструкций с электрически управляемой величиной светопропускания.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям двойнослойных конденсаторов - суперконденсаторов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям на основе двухслойных конденсаторов - суперконденсаторов.

Изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к металлофольговому электроду из литиевой фольги. Предложенный металлофольговый электрод содержит: i) усиливающий слой, образованный из пористой непроводящей подложки, и ii) первый и второй слои металлической фольги, выполненной содержащей литий и/или натрий, причем усиливающий слой расположен между первым и вторым слоями металлической фольги и соединен предпочтительно давлением с ними с образованием композитной структуры, имеющей толщину 100 микрон или менее.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) и батарей на их основе, предназначенных для использования в качестве накопителей энергии для электротранспорта, альтернативной энергетики, источников бесперебойного питания, систем рекуперации электроэнергии и выравнивания сетевых нагрузок.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовой установке электромобиля, электромобилю с такой силовой установкой и способу обогрева аккумуляторной батареи электромобиля.

Изобретение относится к системе охлаждения многоэлементной аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея содержит множество призматических элементов батареи, первый и второй коллекторы охлаждающей среды и множество гофрированных пластин потока, чередующихся со множеством элементов батареи, причем каждая пластина потока простирается от первого коллектора на второй коллектор и обеспечивает множество каналов потока для переноса среды от первого коллектора ко второму коллектору, причем каждая пластина из множества гофрированных пластин потока представляет собой выдавленную пластмассовую структуру, которая содержит первый и второй листы, непроницаемые для среды, и множество параллельных ребер, расположенных между листами, и соединяющих первый и второй листы, и указанное множество ребер образует множество каналов потока.

Изобретение относится к электротехнической промышленности. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ) заключается в проведении зарядов, хранении в заряженном состоянии подзарядов, при необходимости, разрядов, контроле напряжения аккумуляторов, отключении неисправных аккумуляторов из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению путем выбора аккумулятора с наименьшим напряжением, подключения к оставшимся аккумуляторам индивидуальных разрядных резисторов с последующим отключением соответствующих резисторов при достижении напряжения на соответствующих аккумуляторах уровня напряжения первоначально выбранного аккумулятора.

Изобретение относится к перезаряжаемому литиевому аккумулятору, а точнее к аккумулятору, в котором в качестве анода используется металлический литий. Устройство для продления срока службы батареи включает в себя электрод, имеющий металлическую часть, причем эта металлическая часть выбрана из группы, включающей литий, кальций, магний, натрий, калий и их комбинации, проницаемую для электролита мембрану и затравочный материал для роста дендритов металла, выполненный в виде слоя функционализированных наноуглеродных частиц, прилипших к обращенной к аноду стороне электроизолирующего барьерного элемента, расположенного между электродом и мембраной.

Изобретение относится к технологии приготовления наноструктурированных композитов на основе высокопористых углеродных матриц, наполненных наночастицами золота.
Наверх