Тонкослойная армированная литиевая фольга как отрицательный электрод для пост литий-ионных аккумуляторов

Уфимский институт химии Российской академии наук, Уфа

Разработка и создание аккумуляторов с высокой удельной энергией является важной проблемой современной электрохимической энергетики. Удельная энергия аккумуляторов определяется термодинамическими свойствами активных материалов положительных и отрицательных электродов. Одним из наиболее перспективных активных материалов отрицательных электродов является металлический литий, поскольку он обладает наименьшим электрохимическим эквивалентом (6,9 г-экв) и наиболее отрицательным электродным потенциалом (-3,059 В относительно СВЭ).

Для обеспечения высоких мощностных и энергетических характеристик перспективных аккумуляторов поверхностная емкость электродов должна лежать в диапазоне 2 - 4 мАч/см². Кроме того электроды должны циклироваться при токовых нагрузках 2 - 4 мА/см² (режим 1С). Толщина литиевой фольги с емкостью 4-8 мА·ч/см² (удвоенная поверхностная емкость) составляет 20-40 мкм. Литиевая фольга такой толщины механически не прочна, кроме того её производство достаточно сложно и дорогостояще.

Следует также учитывать, что при катодно-анодном циклировании металлический литий к диспергированию, т.е. к образованию мелкодисперсных дендритных и мшистых осадков. Образование мелкодисперсных осадков лития крайне опасно, поскольку может привести к возникновению коротких межэлектродных замыканий и как следствие к возгоранию и взрыву аккумуляторов.

Одним из способов решения проблемы создания механически прочного литиевого электрода способного циклироваться при высоких плотностях тока является:

• армирование металлического лития материалами с высокой механической прочностью
• развитие поверхности литиевой фольги за счет формирования пористой структуры. 

В представляемой работе рассматриваются основные методы армирования литиевой фольги и развитие её поверхности.

Также в данной работе мы представляем разработанный нами способ формирования тонких слоев металлического лития на пористых основах из различных материалов и рассматриваем основные свойства тонкослойных армированных пористых литиевых электродов.

В работе показано, что тонкослойные армированный пористый литий обладает высокой механической прочностью и способен к длительному обратимому циклированию при более низких перенапряжениях по сравнению с литиевыми электродами на основе фольги из металлического лития.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект No 14-29-04032, 16-29-06190) и Британским советом в рамках программы Research link Newton Fund, компании Sigma Lithium Ltd (Англия).