ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аккумуляторы с литиевым анодом из "Герметичные химические источники тока" При создании перезаряжаемых литиевых источников тока с электролитом на основе апротонных органических растворителей необходимо было, однако, преодолеть ряд затруднений. И основные проблемы были связаны с литиевым электродом. [c.148] Известно, что литиевые элементы длительное время сохраняют заряд благодаря образованию на поверхности лития пассивирующей пленки, предохраняющей от коррозии в апротонном электролите. Но при циклировании именно пленка создает затруднения. При заряде на аноде литий осаждается в виде дендритов, и на свежей их поверхности нарастает пленка, которая во многих случаях приводит к нарушению контакта с токоподводящей основой. Поэтому на каждом цикле часть лития выбывает из работы, и емкость аккумулятора падает. Дендриты способны прорастать сквозь сепаратор и вызывать короткие замыкания. [c.148] При перезаряде в результате взаимодействия большой новой поверхности лития с электролитом создается опасность возникновения неконтролируемых химических реакций, протекающих с выделением тепла. Температура может подняться в некоторых случаях настолько, что некоторое количество лития расплавится, что приводит к ускорению этого взаимодействия (так называемый температурный разгон ) и дальнейшему повышению температуры аккумулятора и давления в нем (вплоть до его возгорания или разгерметизации). [c.148] Для работы аккумулятора ключевым являлся факт отсутствия в апротонных растворителях протонов. При разряде происходит растворение лития на отрицательном электроде и внедрение его в кристаллическую решетку материала положительного электрода (катодная интеркаляция). При заряде процессы должны протекать в обратном направлении. Литиевый источник тока становится циклируемым, если структура основного реагента допускает внедрение второго реагента без разрушения и реакция внедрения обратима. [c.148] При поиске электролита ставилась задача обеспечения гладких литиевых осадков при заряде аккумулятора. Было показано, что на циклируемость литиевого анода существенно влияют плотность тока в цикле и особенно глубина разряда. В результате были подобраны электролиты, в которых литиевый электрод удовлетворительно циклируется при глубине разряда до 50 %. [c.149] Другой путь улучшения циклируемости литиевых аккумуляторов состоял в поиске сплава лития с другими металлами, более устойчивого в апротонных средах. Наибольшее внимание уделялось сплавам с алюминием. Однако в процессе разряда у электродов из таких сплавов сильно меняется удельный объем анодной массы, что и ограничивает глубину разряда аккумуляторов. Меньшее изменение удельного объема наблюдается у сплавов лития с тяжелыми металлами. Но удельные характеристики таких электродов очень низки. [c.149] Исследовались различные катодные материалы, которые должны были цик-лироваться без существенного изменения своей структуры. [c.149] Среди соединений со слоистой структурой более всего были изучены дисульфид титана TiS2 и селенид ниобия NbSe , а также сульфиды и диселениды ванадия, сульфиды железа и меди. Рассматривались и соединения более сложного состава, в которые предварительно внедрялись добавки небольших количеств различных металлов (катионов большего радиуса, чем у катиона лития). [c.149] Кристаллическая структура, характерная для катодов из оксидов металлов, позволяет обеспечить наиболее высокие удельные характеристики источников тока. Обратимая работа таких электродов зависит от степени нарушения кристаллической решетки оксида при внедрении катионов лития и от электронной проводимости оксида. Необходимо, чтобы изменения объема электрода не превышали 20 %. В оксидах МпОг и СгОг, например, изменения структуры значительнее. Наилучшие результаты по циклированию в апротонных средах были получены при использовании оксидов молибдена и ванадия. [c.149] Возможно использование и полимеров с электронной проводимостью. Но аккумуляторы с катодами такого рода имеют сравнительно низкие энергетические характеристики и повышенный саморазряд. [c.149] В настоящее время перезаряжаемые литиевые аккумуляторы выпускает несколько компаний. [c.150] Компания SANYO производит, например, источники тока системы Li/Mn02 (серия ML) емкостью 12, 25 и 90 мАч для портативного оборудования [26]. НРЦ аккумуляторов - 3 В. Стабильное рабочее напряжение - 2,5 В. Конечное напряжение - 2 В. Номинальный ток разряда - не более 0,5 мА, максимально допустимый продолжительный ток в 20 раз больше, импульсный - в 50 раз больше. Диапазон рабочих температур от -20 до +60 °С. [c.150] Аккумуляторы допускают 500 циклов при подзаряде после разряда на глубину 20 % и 3000 циклов - после разряда на глубину 5 %. Они обеспечивают более 5 лет службы при использовании в системах защиты памяти. [c.150] Заряд аккумуляторов производится при постоянном напряжении (3,1 0,15) В. При использовании их в режиме подзаряда напряжение источника питания должно быть (2,95 0,15) В. [c.150] К сокращению их производства. Но в настоящее время наблюдается новый интерес к этим электрохимическим системам. Модернизация таких аккумуляторов связывается с поиском новых методов обработки поверхности электродов и добавок в электролит, что позволит обеспечить большую их безопасность при эксплуатации. [c.151] Вернуться к основной статье