Разработка технологии изготовления, получение и испытания опытного образца композита кремний-углерод для использования его в качестве активного материала отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора с повышенной ёмкостью

Цель работы: разработать опытный образец композита кремний-углерод для использования его в качестве активного материала отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора с повышенной ёмкостью. В ходе выполнения работ по проекту на первом этапе был получен нанопорошок кремния с частицами заданного размера, исследовано влияние условий получения композита кремний-углерод на структуру полученного материала, изучены физико-химические свойства полученного композита, а так же оптимизирован способ изготовления электрода на основе композита кремний-углерод. В ходе исследования влияния условий получения композита на структуру полученного материала было установлено, что оптимальным временем помола смеси кремний-графит является 24 часа при соотношении массы шаров к массе образца 5:1. Было определено, что оптимальным способом изготовления электрода на основе композита кремний-углерод является метод намазки с использованием прибора Dr Blade. На основе полученного композита был разработан макет отрицательного электрода с учётом характеристик, определяющих выполнения полученным материалом своих функций, описанных в п. 4.1. технического задания. Макеты отрицательных электродов на основе композита кремний-углерод были проциклированы в гальваностатическом режиме в интервале потенциалов 10-2000 мВ. Методом сканирующей электронной микроскопии была исследована поверхность электрода до и после циклирования. Было показано, что в ходе первых циклов заряда-разряда на поверхности графита и наночастиц кремния образуется слой SEI, состоящий из продуктов реакции активного материала электрода с электролитом. Опытные образцы отрицательных электродов были получены с учётом требований п. 4.3 ТЗ. Удельная ёмкость полученного опытного образца отрицательного электрода на основе композита кремний-углерод для литий-ионного аккумулятора составила 1100 мАч/г на первом цикле заряда-разряда и 812 мАч/г на 200 цикле. В ходе ресурсных испытаний было проведено 213 циклов заряда-разряда. Снижение ёмкости составляло 73.81% на 200 цикле. Полученные композиты кремний-углерод могут быть использованы в качестве основного компонента отрицательного электрода при производстве литий-ионных аккумуляторов. Стоимость полученного композита может быть рассчитана 12 т.р./кг. В дальнейшем может быть усовершенствована технология изготовления отрицательных электродов на основе разработанного композита за счёт использования различных типов полимерного связующего. В результате выполнения работы был разработан Ноу-хау «Способ изготовления композита кремний-углерод для использования его в качестве активного материала отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора с повышенной ёмкостью». Таким образом, все работы по проекту выполнены в полном объёме в соответствии с техническим заданием и календарным планом.