RU171912U1 - Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора - Google Patents
Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора Download PDFInfo
- Publication number
- RU171912U1 RU171912U1 RU2016151672U RU2016151672U RU171912U1 RU 171912 U1 RU171912 U1 RU 171912U1 RU 2016151672 U RU2016151672 U RU 2016151672U RU 2016151672 U RU2016151672 U RU 2016151672U RU 171912 U1 RU171912 U1 RU 171912U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lithium
- silicon
- polymer electrolyte
- ion battery
- ion
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/24—Alkaline accumulators
- H01M10/28—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
- H01M4/26—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области вторичных химических источников тока, а именно к отрицательным электродам литий-ионного аккумулятора, в котором в качестве сепаратора выступает твердополимерный электролит с униполярной проводимостью по ионам лития, и направлена на увеличение стабильности удельной емкости литий-ионного аккумулятора при циклическом заряде-раряде, уменьшение экологического риска и снижения взрывобезопасности. Указанный технический результат достигается тем, что в качестве активного материала используется нанопорошок кремния, а в качестве полимерного связующего используется литий-ионпроводящий полимерный электролит с униполярной проводимостью по ионам лития, который также обеспечивает перенос ионов лития между порошком кремния и сепаратором и не требует использования жидкого электролита. Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора состоит из композита на основе нанопорошка кремния, электропроводящей сажи и полимерного связующего на основе литированного перфторированного сульфокатионитного полимера, пластифицированного органическими растворителями, нанесенного на токовый коллектор из медной фольги. Нанопорошок кремния является активным компонентом, в который осуществляется внедрение ионов лития при зарядном процессе и их экстракция при разрядном процессе, а сажа обеспечивает электрический контакт между кремнием и токовым коллектором. Литий-ионпроводящий полимерный электролит, вследствие хорошей адгезии к кремнию и токовому коллектору и собственной ионной проводимости, увеличивает стабильность разрядных характеристик (>1000 мАч/г за 50 циклов) и кулоновскую эффективность (>90%) при циклическом заряде-раряде.
Description
Среди анодных материалов, предлагаемых для использования в литий-ионных аккумуляторах, большой интерес вызывают наноматериалы на основе аморфного и кристаллического кремния различной морфологии. Высокая теоретическая удельная емкость кремния (4200 мА ч/г), которая существенно превышает данный показатель для графита (372 мАч/г), доступность и относительная дешевизна делают его одним из самых привлекательных материалов для использования в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов. Однако, из-за низкой стабильности разрядных характеристик при циклическом заряде-раряде, практического применения кремниевые аноды до сих пор не находят. Одной из основных причин быстрой деградации анодов на основе кремния при циклировании является значительное увеличение объема материала, вплоть до 300%, в процессе интеркаляции лития в кремний. Такие значительные механические деформации, сопровождающие процессы интеркаляции/деинтеркаляции ионов лития, приводят к быстрому разрушению кремниевого электрода после нескольких циклов заряда/разряда и, как результат, к потере контакта между частицами кремния и возникновению больших внутренних омических сопротивлений, дестабилизирующих электрод и снижающих его емкость.
Для минимизирования потери контакта между частицами кремния и токосъема и увеличения стабильности используют композиты на основе кремния или полимерные связующие, обладающие химической и электрохимической стабильностью, адгезией и пластичностью.
Известен способ изготовления отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора (RU 109610), заключающийся в том, что материалом анода является нанокомпозит, состоящий из смеси наночастиц аморфного кремния и углеродных многослойных нанотрубок. Технический результат - увеличение удельной зарядной емкости отрицательного электрода, снижение необратимой емкости на первом зарядном цикле.
Известен способ изготовления отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора (RU 2474011), заключающийся в том, что активным материалом является наноструктурированный кремний, покрытый двуокисью кремния. Техническим результатом предложенного изобретения является увеличение удельной емкости и повышение кулоновской эффективности отрицательных электродов в процессах заряда и разряда в литий - ионных аккумуляторах.
Известен способ изготовления отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора (RU 2313858), заключающийся в том, что активным материалом является композит на основе углерода и наноструктурированного кремния, покрытого сложным оксидом на основе алюминия, кремния и лития. Техническим результатом предложенного изобретения является стабильность разрядных характеристик в течение 40 циклов на уровне 530 мАч/г.
Известен способ изготовления отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора (RU 161876), в котором в качестве активного материала используют волокнистый кремний с поперечным размером волокон от 100 до 300 нм. Применение данного типа материала позволило получить отрицательный электрод на основе кремнийсодержащих нанокомпозитов с разрядной емкостью, превышающей 1000 мАч/г и стабильной на протяжении более 20 циклов.
В приведенных аналогах активный материал отрицательного электрода не обладает собственной ионной проводимостью, поэтому может использоваться только в составе литий-ионных аккумуляторов с жидким электролитом в качестве сепаратора, использование которого несет значительный экологический риск и повышенную взрыво- и пожароопасность в случае механического повреждения литий-ионного аккумулятора и вытекания жидкого электролита.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является литий-ионный аккумулятор, отрицательный электрод которого содержит гель-полимерный электролит, обладающий собственной литий-ионной проводимостью (RU 2547819, RU 2564201, RU 148290). Использование гель-полимерного электролита позволило существенно улучшить мощность и емкость литий-ионного аккумулятора, а также уменьшить экологический риск и снизить взрывобезопасность при работе.
Недостатком прототипа является то, что основным материалом для внедрения и хранения ионов лития на отрицательном электроде являются углеродные материалы, ограничивающие предельно высокую удельную зарядную емкость, не выше 372 мАч/г. Другим недостатком является использование гель-полимерного электролита, в котором ионный перенос имеет биполярную природу вследствие наличия низкомолекулярной соли лития. При протекании электродных реакций это приводит к установлению в электролите градиента концентрации соли, т.е., к концентрационной поляризации ячейки и, соответственно, к увеличению поляризационного сопротивления ячейки, что критично для аккумуляторов высокой мощности.
Предлагаемое техническое решение представляет собой использование в качестве активного материала отрицательного электрода композит на основе нанопорошка кремния, углеродной сажи и полимерного электролита с униполярной проводимостью по ионам лития. Данное решение позволяет достичь более высокой разрядной емкости (>1000 мАч г-1), стабильной на протяжении 50 циклов, и высокой кулоновской эффективности (>90%)
Указанный технический результат достигается тем, что основной матрицей внедрения ионов лития служит нанопорошок кремния, а используемый полимерный электролит, вследствие хорошей адгезии к кремнию и токовому коллектору и собственной ионной проводимости, обеспечивает электрический и ионный контакт между активным материалом и сепаратором.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
На поверхности токового коллектора из медной фольги наносится композит на основе нанопорошка кремния, электропроводящей сажи и полимерного связующего на основе литированного перфторированного сульфокатионитного полимера с униполярной проводимостью по ионам лития, пластифицированного органическими растворителями. Нанопорошок кремния является активным компонентом, в который осуществляется внедрение ионов лития при зарядном процессе и их экстракция при разрядном процессе, а сажа обеспечивает электрический контакт между кремнием и токовым коллектором. Литий-ионпроводящий полимерный электролит, вследствие хорошей адгезии к кремнию и токовому коллектору, препятствуют изменению объема отрицательного электрода во время процесса интеркаляции/деинтеркаляции ионов лития и обеспечивает стабильность разрядных характеристик, а благодаря собственной ионной проводимости, обеспечивает транспорт ионов между кремнием и сепаратором и не требует использования жидкого электролита.
Claims (2)
1. Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора, в котором в качестве сепаратора выступает полимерный электролит, содержащий токовый коллектор, на поверхности которого нанесен слой композита для обратимого внедрения ионов лития, отличающийся тем, что композит состоит из смеси нанопорошка кремния, углеродной сажи и полимерного связующего.
2. Отрицательный электрод по п. 1, отличающийся тем, что полимерное связующее состоит из литированного перфторированного сульфокатионитного полимера с униполярной проводимостью по ионам лития.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151672U RU171912U1 (ru) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151672U RU171912U1 (ru) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU171912U1 true RU171912U1 (ru) | 2017-06-21 |
Family
ID=59240513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016151672U RU171912U1 (ru) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU171912U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7875388B2 (en) * | 2007-02-06 | 2011-01-25 | 3M Innovative Properties Company | Electrodes including polyacrylate binders and methods of making and using the same |
EP2579366A1 (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-10 | Samsung SDI Co., Ltd. | Negative active material and lithium battery containing the negative active material |
RU2537376C1 (ru) * | 2011-05-25 | 2015-01-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Активный материал отрицательного электрода для электрического устройства, отрицательный электрод для электрического устройства и электрическое устройство |
RU2539318C1 (ru) * | 2010-11-26 | 2015-01-20 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | СОДЕРЖАЩИЙ СПЛАВ Si АКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ |
-
2016
- 2016-12-28 RU RU2016151672U patent/RU171912U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7875388B2 (en) * | 2007-02-06 | 2011-01-25 | 3M Innovative Properties Company | Electrodes including polyacrylate binders and methods of making and using the same |
RU2539318C1 (ru) * | 2010-11-26 | 2015-01-20 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | СОДЕРЖАЩИЙ СПЛАВ Si АКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ |
RU2537376C1 (ru) * | 2011-05-25 | 2015-01-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Активный материал отрицательного электрода для электрического устройства, отрицательный электрод для электрического устройства и электрическое устройство |
EP2579366A1 (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-10 | Samsung SDI Co., Ltd. | Negative active material and lithium battery containing the negative active material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105958116B (zh) | 包含纳米固体电解质的全固态电池及其制造方法 | |
CN105449186B (zh) | 一种二次电池及其制备方法 | |
Lee et al. | Composite gel polymer electrolytes containing core-shell structured SiO2 (Li+) particles for lithium-ion polymer batteries | |
US10862160B2 (en) | All-solid-state lithium-sulfur battery and production method for same | |
US10608276B2 (en) | Carbon material, anode material and spacer additive for lithium ion battery | |
Yin et al. | A functional interlayer as a polysulfides blocking layer for high-performance lithium–sulfur batteries | |
CN110993358A (zh) | 一种柔性锌离子电容器 | |
CN101944635A (zh) | 一种高功率锂离子二次电池及其制造方法 | |
CN105977526A (zh) | 一种可充电铝碳电池及其制备方法 | |
CN105513827A (zh) | 一种(lmo-ncm-ac)/(lto-ac)混合电池电容电极材料及电极片 | |
CN106654270A (zh) | 一种由硬碳材料制备的正极,包含该正极的储能装置,其用途以及一种正极的制备方法 | |
CN109545567B (zh) | 一种全固态电池型电容器 | |
KR101283331B1 (ko) | 일체형 전극조립체 및 이를 이용한 이차전지 | |
CN207504101U (zh) | 一种石墨烯方形锂离子电池 | |
JP2012089823A (ja) | リチウムイオンキャパシタ及びその製造方法 | |
RU171912U1 (ru) | Отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора | |
KR20230088782A (ko) | 복합 분리막, 전기화학적 에너지 저장 장치 및 전기 장치 | |
JP6578148B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
US20130309563A1 (en) | Composite anode from silicon kerf | |
Kitaura et al. | Electrochemical performance of all-solid-state lithium secondary batteries using Li4Ti5O12 electrode and Li2S–P2S5 solid electrolytes | |
JP4947873B2 (ja) | 二次電池用電解液 | |
Verma et al. | Prospect of Lithium-ion Battery in Designing Environment Friendly Hybrid Electric Vehicles | |
Huang et al. | Preparation and electrochemical characterisation of polypyrrole-coated Li2SnO3 anode materials for lithium-ion batteries | |
RU171960U1 (ru) | Положительный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора | |
RU131899U1 (ru) | Аккумулятор |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210518 Effective date: 20210518 |