Свойства электролитов

Концентрация солей лития в электролите обычно 0,7 - 1 моль/л.

Удельная электрическая проводимость 5 – 10^-2 См/см.

Область электрохимической устойчивости около 4 В.

Разнообразные по составу электролиты для ЛИА выпускает фирма Merck:

LP-20 ПК/ДЭК 1/4, 1М LiPF₆; LP-40 ПК/ДЭК 1/1, 1М LiPF₆, LP-60 и др. - по заказу.

 

Конструкции ЛИА

Литий – ионные аккумуляторы выпускаются в цилиндрическом и призматическом корпусе, аналогичном конструкциям щелочных аккумуляторов.

Наиболее распространены аккумуляторы цилиндрической конструкции, в которых рулон из электродов с сепаратором помещён в стальной или алюминиевый корпус – отрицательный полюс аккумулятора. Положительный полюс выведен через изолятор на крышку.

Призматические аккумуляторы – обычной конструкции, иногда для повышения их удельных характеристик в них используется рулонная сборка.

Меры безопасности

· аккумуляторы должны быть хорошо загерметизированы,

· иметь тепловой предохранитель от перегрева,

· аварийный клапан для сброса возможного повышения давления

При эксплуатации аккумуляторов в составе батареи всегда используется внешняя электронная защита, предотвращающая возможность перезаряда, короткого замыкания и перегрева.

 

 

Технология изготовления электродов, сборки и приведения в рабочее состояние

Активная масса электродов состоит их активных веществ, токопроводящих добавок и связующего.

Активными веществами для отрицательного электрода наиболее часто является мезографит марки МСМВ, для положительного – литий кобальт оксид.

Для улучшения электропроводности в активную массу добавляют углеродную чернь в количестве 5 – 7% масс.

Связующее –

· раствор поливинилиденфторида (ПВДФ) в N-метил-2-пиродилиноне в количестве 5 – 10 % масс.,

· водный раствор политетрафторэтилена с полиакрилатом натрия, терпинеолом и этиловым спиртом в количестве 5 – 7% масс.,

· раствор этилен пропилен диен мономера в циклогексане в количестве 2 – 4% масс.

Активная масса отрицательного электрода равномерно наносится на предварительно очищенную медную фольгу, положительного электрода – на алюминиевую фольгу, просушивается на ИК- излучении и уплотняется на валках.

Сепараторы

Микропористая плёнка Селгард 2502

Процесс подготовки электродов и сборка аккумулятора осуществляются в условиях «сухой» атмосферы или в атмосфере инертного газа.

 

После сборки и герметизации осуществляется заполнение электролитом под вакуумом, а заливочное отверстие герметизируется.

Аккумулятор собирается при разряженном состоянии электродов и приводится в рабочее состояние изготовителем.

При первом заряде протекают следующие процессы

- Восстановление компонентов электролита на отрицательном электроде (углероде), которое прекращается после образования на поверхности углерода слоя непроводящих электроны продуктов. Основным требованием к продуктам восстановления является нерастворимость в электролите и наличие проводимости по ионам лития.

- После образования на электроде плёнки, обладающей ионной проводимостью, начинает протекать процесс перехода иона лития в электрод (интеркаляция).

- Образование плёнки приводит к дополнительному расходу энергии, превышающему необходимую для полного заряда на 20 – 30%.

В цикле разряда и на последующих циклах аккумулятор способен к работе. Некоторые изготовители для успешной работы аккумулятора проводят перед выпуском продукции на рынок 4 – 5 циклов.

Типичный режим заряда – комбинированный: при постоянном токе 0,1 – 0,2 С и при достижении напряжения 3,9 – 4,15 В (в зависимости от состава активных масс и электролита) – дозаряд при постоянном напряжении. Максимальный зарядный ток 1 – 2 С.

Характеристики литий – ионных аккумуляторов

Удельная энергия – 100 –180 Вт-ч/кг, объёмная энергия 250 – 400 Вт-ч/дм³. Напряжение при разряде 3,5 – 3,7 В. Конечное напряжение при разряде 2,1 – 2,7 В. Интервал рабочих температур –20 - +60⁰ С. Саморазряд в первый месяц около 5% и в последующее время снижается, за год – около 10 – 15%. Ресурс составляет 500 – 1000 циклов.

Причины снижения характеристик аккумулятора

В процессе циклирования протекают нежелательные процессы:

· деградация кристаллической структурыположительного электрода в результате изменения параметров кристаллической решётки при интекаляции и деинтеркаляции лития,

· расслоение углеродного материала

· рост пассивирующей плёнки на электродах, вызывающей блокировку пористой структуры и снижение ионной проводимости

· образование на углеродном электроде микрофазы лития из-за неравномерности поляризации электродов (связано с неплотной сборкой)

· механические изменения макроструктуры электродов

 

В настоящее время литий – ионные аккумуляторы, благодаря высоким удельным характеристикам, являются наиболее перспективными среди новых систем ХИТ. Проводятся интенсивные исследования, направленные на поиск новых электродных материалов, электролитов и совершенствование технологии изготовления активных масс. Уже значительная часть бытовых электронных устройств – калькуляторы, мобильные телефоны, плееры, ноутбуки, электронные часы, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и др. оснащены литиевыми аккумуляторами.

Разработаны для специальных целей аккумуляторы и батареи большой ёмкости (до 1000 А-ч), планируется разработка ЛИА для транспортных средств и других областей применения.

Хранение

Аккумуляторы рекомендуется хранить при комнатной температуре и степени заряженности на 30 – 50%., один раз в год проводить подзаряд.