| Аннотация |
Несмотря на существенные усилия по оптимизации характеристик катодных и анодных материалов литий-ионных аккумуляторов (ЛИА), предпринятые в последние десятилетия, актуальной остаётся проблема их безопасной работы и высоких эксплуатационных характеристик. Одной из причин выхода ЛИА из строя выступает нарушение целостности ещё одного важнейшего элемента любого химического источника тока – пористого сепаратора – вследствие действия механических напряжений, образования дендритов металлического лития, повышенных температур и высоких плотностей тока. Но и при штатной работе сепаратор в значительной мере ограничивает потенциал дальнейшего развития ЛИА.
В настоящее время полиолефиновые сепараторы (сепараторы на основе полиолефинов, таких как), такие как полиэтилен, полипропилен, используются в коммерческих ЛИА благодаря их низкой стоимости, хорошим механическим свойствам, химической инертности, нетоксичности и т.д. Однако, в современных ЛИА стандартный сепаратор из полипропилена является серьезным ограничением, препятствующим развитию современных высокоэффективных ЛИА большой мощности. Проблемы коммерческих вариантов сепаратора: плохая смачиваемость электролитом и (недостаточная) термостабильность, низкая пористость и температура плавления – приводят к проблемам безопасности и понижают характеристики аккумулятора в целом.
Предлагаемое развитие сепараторов из нетканых термостойких полимерных материалов будет способствовать решению данной проблемы путём минимизации риска возникновения короткого замыкания и улучшения эффективности процесса переноса заряда. Одним из основных термостойких полимерных материалов, рассматриваемых в данном проекте, является группа ароматических полиимидов. Введение неорганических частиц, в том числе минерального происхождения, а также синтетических аналогов минералов, в полимерные сепараторы способно значительно улучшить свойства последних за счёт их механических свойств, термической и химической стойкости, а также гидрофильности.
Помимо подхода по созданию (Таким образом, в ходе выполненения проекта планируется разработать технологию получения альтернативных полиолефиновым сепараторов с более высокими эксплуатационными характеристиками путем их модификации гидросиликатными наночастицами, увеличивающими термостойкость и гидрофильность мембран) альтернативных полиолефиновым сепараторов, повышение эксплуатационных характеристик последних может быть достигнуто за счёт модификации их поверхности гидросиликатными наночастицами, увеличивающими термостойкость и гидрофильность мембран.
Разработка новых материалов для использования в составе ЛИА представляет собой активно развивающуюся область. Только по сепараторам, согласно открытой базе данных «Google Академия», в 2019 году вышло около 26000 публикаций, а в 2023 – около 43000. Доля публикаций, посвящённых созданию композитных сепараторов с участием силикатных минералов, составляет менее 10% в год от общего количества. При этом использование синтетических аналогов природных минералов распространено слабо, хотя они обладают рядом преимуществ по сравнению с последними, например высокой фазовой однородностью, контролируемой морфологией, заданным химическим составом. В связи с этим создание подобных сепараторов, как путём модификации промышленных стандартов, так и посредством разработки композитных нетканых материалов внесёт новый вклад в проблему расширения элементной базы литий-ионных аккумуляторов.
|
