Исследование процессов в электрохимических системах на основе интеркалируемых литием электродных материалов и сепарационных материалов из нановолокон, полученных методом электроформования

В ходе выполнения работ в рамках выполнения настоящего проекта было проведено комплексное исследование физико-химических и электрохимических свойств нового нано- и микропористого нетканого композиционного сепарационного материала для литий-ионного аккумулятора на основе нано- и микроволокон из поливинилиденфторида (PVDF) и его сополимера с политетрафторэтиленом (PTFE), полученного методом безкапиллярного электроформования. Разработана методика получения сепарационного материала, оптимизированы состав полимерного раствора и условия электроформования для получения нано- и микроволокон с требуемыми физико-химическими характеристиками. Определены оптимальные условия получения сепарационного материала. Высокая пористость сепарационного материала и повышенная электролитная смачиваемость в наиболее распространенных электролитных композициях способствуют более высокой проводимости полученного сепарационного материала по сравнению с широко используемыми коммерческими материалами сепаратора на основе полипропилена (ПП). Объемная пористость сепаратора на основе ПП составляет 39%, а для сепарационного материал из смешенных волокон PVDF и PTFE - 71,4%. Значения электролитной смачиваемости в 0.67М растворе LiClO4 в смеси органических растворителей: пропиленкарбонат и диметоксиэтан 7:3 по объему для сепараторов на основе ПП или смешенных волокон на основе PVDF|PTFE составляют 445% и 800% соответственно. Рабочие характеристики сепарационного материала изучались в полуячейках с рабочим электродом на основе Li4Ti5O12, в качестве вспомогательного электрода и электрода сравнения использовались металлический литий. Зарядно-разрядное тестирование ячеек проводили в широком диапазоне токов: от 0.1 до 25 С. Установлено уменьшение общей поляризации рабочего электрода на 20% и увеличение циклируемой ёмкости на 20% при использовании сепаратора на основе PVDF|PTFE в сравнении с сепаратором на основе ПП. Методом электрохимического импеданса контролировалось состояние электродов и сепаратора в ячейке: определялись поляризационные сопротивления электродов в различных частотных диапазонах и оценивался коэффициент диффузии лития в материале Li4Ti5O12, который находился в диапазоне 10-10 − 10-9 см2•с-1 как в литированном так и делитированном состояниях активного электродного материала на основе Li4Ti5O12 при разных токовых нагрузках. Изучались электрохимические свойства литиевых полуячеек с Li3V2(PO4)3 с использованием сепарационных материалов на основе PVDF|PTFE, полипропилена и стекловолокон в диапазоне токов: от 0.1 до 2 С. Установлено влияние типа сепарационного материала на электрохимические характеристики находящихся в комбинации с ним электродных материалов на основе Li3V2(PO4)3 и Li4Ti5O12 с использованием метода электрохимической импедансной спектроскопии на различных стадиях циклирования ячеек. Результатом работ стали совместно опубликованные статей в профильных международных журналах, а также подготовленные и сделанные доклады на международных конференциях, проводимых в России и за рубежом.