Search

The task of the research was to improve the performance of lithium-ion batteries, namely, increase the specific energy and specific power, increase the number of charge-discharge cycles, improve production technology, expand the temperature operating range and reduce the cost of energy production.Analysis of existing technologies for the production of lithium-ion batteries has made it possible to take into account the shortcomings and technological limitations, which inspired the emergence of a new approach to the creation of electrode systems on other physical principles.The paper considers the improvement of the technology of obtaining anode systems for lithium-ion batteries using a graphite film with the application of a silicon film. The obtained result, using the proposed technique, shows an increase in the ionic conductivity of the electrodes, which occurs mainly due to a decrease in the resistance of the grain boundaries. This is due to several reasons, namely the decrease in the concentration of dielectric impurities in the surface layer.We also studied the anode system of the electrode of a lithium-ion battery obtained by vacuum spraying on a flexible thin organic film (usually polystyrene), with a thin film copper electrode applied to it, on which a layer of graphite and silicon was applied by high-frequency magnetron deposition. requirements.The proposed method is to obtain a thin film nanoscale electrode material for lithium-ion batteries based on films formed from clusters of graphite and silicon, which are obtained in two stages of magnetron sputtering of graphite and silicon target in plasma, using argon and oxygen.The use of a magnetron sputtering device and targets made of graphite and silicon allows you to control the structure of the layers of carbon and silicon. The developed technology of magnetron sputtering provides control and repeatability of the layer thickness., Задачей выполнения исследовательской работы было улучшение эксплуатационных характеристик литий-ионных аккумуляторов, а именно, увеличение показателей удельных энергии и мощности, увеличение количества циклов заряда-разряда, улучшение технологичности производства, расширения температурного эксплуатационного диапазона и уменьшения себестоимости производства источников энергии.Анализ существующих технологий производства литий-ионных аккумуляторов дал возможность учесть недостатки и технологические ограничения, что вдохновило на возникновение нового подхода к созданию электродных систем на других физических принципах.В работе рассмотрены совершенствования технологии получения анодных систем для литий-ионных аккумуляторов с использованием пленки графита с нанесением на нее пленки кремния. Полученный результат, при использовании предложенной методики, показывает увеличение ионной проводимости электродов, происходит в основном за счет уменьшения сопротивления границ зерен. Это обусловлено несколькими причинами, а именно уменьшением концентрации диэлектрических примесей в поверхностном слое.Также в работе исследовалась анодная система электрода литий-ионного аккумулятора, полученная с помощью вакуумного напыления на гибкую тонкую органическую пленку (чаще полистирол), с нанесенным на нее тонко пленочным медным электродом, на который методом высокочастотного магнетронного осаждения наносились слой/и графита и кремния, при соблюдении ряда технологических требований.Предложенный в работе метод заключается в получении тонкого пленочного наноразмерного электродного материала для литий-ионных аккумуляторов на основе сформированных из кластеров графита и кремния пленок, которые получают в две стадии магнетронного распыления графитной и кремниевой мишени/ей в плазме, с использованием аргона и добавки кислорода.Применение магнетронного распылительного устройства и мишеней из графита и кремния позволяет управлять структурой нанесения слоев углерода и кремния. Разработанная технология магнетронного напыления обеспечивает контроль и повторяемость толщины слоя., Завданням до виконання дослідницької роботи було покращення експлуатаційних характеристик літій-іонних акумуляторів, а саме, збільшення показників питомої енергії та питомої потужності, збільшення кількості циклів заряду-розряду, покращення технологічності виробництва, розширення температурного експлуатаційного діапазону та зменшення собівартості виробництва джерел енергії.Аналіз існуючих технологій виробництва літій-іонних акумуляторів дав можливість врахувати недоліки та технологічні обмеження, що надихнуло на виникнення нового підходу до створення електродних систем на інших фізичних принципах.У роботі розглянуто вдосконалення технології отримання анодних систем для літій-іонних акумуляторів з використанням плівки графіту з нанесенням на неї плівки кремнію. Отриманий результат, при використанні запропонованої методики, показує збільшення іонної провідності електродів, що відбувається в основному внаслідок зменшення опору кордонів зерен. Це обумовлено декількома причинами, а саме зменшенням концентрації діелектричних домішок у поверхневому шарі.Також у роботі досліджувалась анодна система електрода літій-іонного акумулятора, отримана за допомогою вакуумного напилення на гнучку тонку органічну плівку (найчастіше полістирол), з нанесеним на неї тонко плівковим мідним електродом, на який методом високочастотного магнетронного осадження наносилися шар графіту і кремнію, дотримуючись ряду технологічних вимог.Запропонований у роботі метод полягає в отриманні тонкого плівкового нанорозмірного електродного матеріалу для літій-іонних акумуляторів на основі сформованих з кластерів графіту і кремнію плівок, які отримують в дві стадії магнетронного розпилення графітної та кремнієвої мішені в плазмі, з використанням аргону і добавки кисню.Застосування магнетронного розпилювального пристрою і мішеней з графіту та кремнію дозволяє управляти структурою нанесення шарів вуглецю та кремнію. Розроблена технологія магнетронного напилення забезпечує контроль і повторюваність товщини шару.

Завданням до виконання дослідницької роботи було покращення експлуатаційних характеристик літій-іонних акумуляторів, а саме, збільшення показників питомої енергії та питомої потужності, збільшення кількості циклів заряду-розряду, покращення технологічності виробництва, розширення температурного експлуатаційного діапазону та зменшення собівартості виробництва джерел енергії. Аналіз існуючих технологій виробництва літій-іонних акумуляторів дав можливість врахувати недоліки та технологічні обмеження, що надихнуло на виникнення нового підходу до створення електродних систем на інших фізичних принципах. У роботі розглянуто вдосконалення технології отримання анодних систем для літій-іонних акумуляторів з використанням плівки графіту з нанесенням на неї плівки кремнію. Отриманий результат, при використанні запропонованої методики, показує збільшення іонної провідності електродів, що відбувається в основному внаслідок зменшення опору кордонів зерен. Це обумовлено декількома причинами, а саме зменшенням концентрації діелектричних домішок у поверхневому шарі. Також у роботі досліджувалась анодна система електрода літій-іонного акумулятора, отримана за допомогою вакуумного напилення на гнучку тонку органічну плівку (найчастіше полістирол), з нанесеним на неї тонко плівковим мідним електродом, на який методом високочастотного магнетронного осадження наносилися шар графіту і кремнію, дотримуючись ряду технологічних вимог. Запропонований у роботі метод полягає в отриманні тонкого плівкового нанорозмірного електродного матеріалу для літій-іонних акумуляторів на основі сформованих з кластерів графіту і кремнію плівок, які отримують в дві стадії магнетронного розпилення графітної та кремнієвої мішені в плазмі, з використанням аргону і добавки кисню. Застосування магнетронного розпилювального пристрою і мішеней з графіту та кремнію дозволяє управляти структурою нанесення шарів вуглецю та кремнію. Розроблена технологія магнетронного напилення забезпечує контроль і повторюваність товщини шару. The task of the research was to improve the performance of lithium-ion batteries, namely, increase the specific energy and specific power, increase the number of charge-discharge cycles, improve production technology, expand the temperature operating range and reduce the cost of energy production. Analysis of existing technologies for the production of lithium-ion batteries has made it possible to take into account the shortcomings and technological limitations, which inspired the emergence of a new approach to the creation of electrode systems on other physical principles. The paper considers the improvement of the technology of obtaining anode systems for lithium-ion batteries using a graphite film with the application of a silicon film. The obtained result, using the proposed technique, shows an increase in the ionic conductivity of the electrodes, which occurs mainly due to a decrease in the resistance of the grain boundaries. This is due to several reasons, namely the decrease in the concentration of dielectric impurities in the surface layer. We also studied the anode system of the electrode of a lithium-ion battery obtained by vacuum spraying on a flexible thin organic film (usually polystyrene), with a thin film copper electrode applied to it, on which a layer of graphite and silicon was applied by high-frequency magnetron deposition. requirements. The proposed method is to obtain a thin film nanoscale electrode material for lithium-ion batteries based on films formed from clusters of graphite and silicon, which are obtained in two stages of magnetron sputtering of graphite and silicon target in plasma, using argon and oxygen. The use of a magnetron sputtering device and targets made of graphite and silicon allows you to control the structure of the layers of carbon and silicon. The developed technology of magnetron sputtering provides control and repeatability of the layer thickness. Задачей выполнения исследовательской работы было улучшение эксплуатационных характеристик литий-ионных аккумуляторов, а именно, увеличение показателей удельных энергии и мощности, увеличение количества циклов заряда-разряда, улучшение технологичности производства, расширения температурного эксплуатационного диапазона и уменьшения себестоимости производства источников энергии. Анализ существующих технологий производства литий-ионных аккумуляторов дал возможность учесть недостатки и технологические ограничения, что вдохновило на возникновение нового подхода к созданию электродных систем на других физических принципах. В работе рассмотрены совершенствования технологии получения анодных систем для литий-ионных аккумуляторов с использованием пленки графита с нанесением на нее пленки кремния. Полученный результат, при использовании предложенной методики, показывает увеличение ионной проводимости электродов, происходит в основном за счет уменьшения сопротивления границ зерен. Это обусловлено несколькими причинами, а именно уменьшением концентрации диэлектрических примесей в поверхностном слое. Также в работе исследовалась анодная система электрода литий-ионного аккумулятора, полученная с помощью вакуумного напыления на гибкую тонкую органическую пленку (чаще полистирол), с нанесенным на нее тонко пленочным медным электродом, на который методом высокочастотного магнетронного осаждения наносились слой/и графита и кремния, при соблюдении ряда технологических требований. Предложенный в работе метод заключается в получении тонкого пленочного наноразмерного электродного материала для литий-ионных аккумуляторов на основе сформированных из кластеров графита и кремния пленок, которые получают в две стадии магнетронного распыления графитной и кремниевой мишени/ей в плазме, с использованием аргона и добавки кислорода. Применение магнетронного распылительного устройства и мишеней из графита и кремния позволяет управлять структурой нанесения слоев углерода и кремния. Разработанная технология магнетронного напыления обеспечивает контроль и повторяемость толщины слоя.

In this paper, the technologies of obtaining active elements for lithium-ion batteries based on sputtering of a film of graphite and applying a layer of tin oxide on it are considered. The result obtained, when using a SnO2 film, shows that the parameters of the irreversible capacitance can exceed the values of the return capacitance obtained simply on puregraphite (300-350 mAh / g). This shows the prospect of creating an active anode with a tin graphite oxide structure. Thedirections of optimization of technological processes of obtaining films, the importance of correct selection of thicknessratios, as well as the possibility of transition to the deposition of tin oxide on the carbon structure are highlighted in thework.In contrast to conventional technology, we have been producing anode system of electrode lithium-ion battery using vacuum sputtering on copper foil, which method of high-frequency magnetron deposition applied a layer of graphite and tin, meeting a number of technological requirements.The graphite tin oxide obtained by us has an extremely large variation of values from 380 mAh / g to 690 mAh / g. This is probably due to the raw technology of producing tin graphite by oxidation, as a result of multiphase inclusions of tin oxide. The ambiguity of the graphite structure depending on the film thickness also affects the result.From the presented results, it follows that intensive search for alternative carbon materials for the anode of lithium-ion battery is underway. Although none of the studied materials can compete with carbon at present, it is hoped that composites and nanocomposites of carbon and non-carbon materials will find application in the production of LIA in thenear future.On the basis of the obtained results the possibility of improvement of technical solutions and introduction of new technological processes in the production of lithium-ion batteries is shown, as well as possible directions of improvement of their operational characteristics are analyzed., В работе рассмотрены технологии получения активных элементов для литий-ионных аккумуляторов на основенапыления пленки графита и нанесения на нее слоя оксида олова. Полученный результат, при использованиипленки SnO2, показывает, что параметры необратимой емкости могут превышать значения обратной емкости,получаемых просто на чистом графите (300-350 mАгод/г). Это показывает перспективность создания активногоанода со структурой графит-оксид олова. В работе освещены направления оптимизации технологических про-цессов получения пленок, важность правильного подбора соотношений толщины, а также возможности перехо-да к нанесению на углеродную структуру оксида олова.В отличие от общепринятой технологии нами осуществлялось получение анодной системы электрода литий-ионного аккумулятора с помощью вакуумного напыления на медную фольгу, на которую методом высокочас-тотного магнетронного осаждения наносились слой графита и олова, соблюдая ряд технологических требова-ний.Полученная нами зависимость на структурах графит-оксид олова имеет очень большой разброс значений от 380mАгод/г до 690 mАгод/г. Вероятно это связано с неотработанной технологией получения графита олова мето-дом окисления, так как в результате получаются многофазные включения оксида олова. Неоднозначностьструктуры графита в зависимости от толщины пленки также влияет на результат.Из представленных результатов следует, что ведется интенсивный поиск альтернативных углероду материаловдля анода литий-ионного аккумулятора. И хотя в настоящее время ни один из исследованных материалов посовокупности своих характеристик не может конкурировать с углеродом, можно надеяться, что композиты инанокомпозиты из углерода и неуглеродных материалов найдут в ближайшее время применение в производствеЛИА.На основе полученных результатов показана возможность совершенствования технических решений и внедре-ние в производство литий-ионных аккумуляторов новых технологических процессов, а также проанализирова-ны возможные направления улучшения их эксплуатационных характеристик., В роботі розглянуто технології отримання активних елементів для літій-іонних акумуляторів на основінапилення плівки графіту і нанесення на неї шару оксиду олова. Отриманий результат, при використанні плів-ки SnO2, показує, що параметри незворотної ємності можуть перевищувати значення зворотної ємності, щоотримуються просто на чистому графіті (300-350 mАгод/гр). Це показує перспективність створення актив-ного анода зі структурою графіт-оксид олова. В роботі висвітлено напрямки оптимізації технологічних про-цесів отримання плівок, важливість правильного підбору співвідношень товщини, а також можливості пере-ходу до нанесення на вуглецеву структуру оксиду олова.На відміну від загально прийнятої технології нами здійснювалося отримання анодної системи електродалітій-іонного акумулятора (ЛІА) за допомогою вакуумного напилення на мідну фольгу, на який методом висо-кочастотного магнетронного осадження наносилися шар графіту і олова з дотриманням низки технологічнихвимог.Отримана нами на структурах графіт-оксид олова має надзвичайно великий розкид значень від380 mАгод/гр до 690 mАгод/гр. Ймовірно це пов'язано з невідпрацьованою технологією отримання графіту оло-ва методом окислення, оскільки в результаті виходять багатофазні включення оксиду олова. Неоднозначністьструктури графіту залежно від товщини плівки також впливає на результат.З представлених результатів слідує, що ведеться інтенсивний пошук альтернативних вуглецю матеріалівдля анода літій-іонного акумулятора. І хоча в даний час жоден з досліджених матеріалів за сукупністю своїххарактеристик не може конкурувати з вуглецем, можна сподіватися, що композити та нанокомпозити з вуг-лецю і невуглецевих матеріалів знайдуть найближчим часом застосування у виробництві ЛІА.На основі отриманих результатів показано можливість вдосконалення технічних рішень та впрова-дження у виробництво літій-іонних акумуляторів нових технологічних процесів, а також проаналізовано мо-жливі напрямки покращення їхніх експлуатаційних характеристик.

В статье, сравнительно, проанализированы и обобщены этапы развития производства литиевых аккумуляторных батарей (АБ), их конструкции и технологии изготовления, химические элементы, используемые при изготовлении электродов и электролитов, параметры электродов в зависимости от химического состава, химические реакции, протекающие в них, характеристики зарядки и разрядки, области применения, преимущества и недостатки. Были выявлены преимущества использования литийполимерных батарей в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), носимых и других электронных устройствах, поскольку их энергетические емкости по удельному весу и объему выше других., The article comparatively analyzed and summarized the stages of development of the production of lithium rechargeable batteries (AB), their designs and manufacturing technology, the chemical elements used in the manufacture of electrodes and electrolytes, the parameters of the electrodes depending on the chemical composition, chemical reactions occurring in them, charging and discharging characteristics, applications, advantages and disadvantages. Due to the fact that the energy capasity by specific gravity and volume are higher, the advantages of using lithiumpolymer batteries in unmanned aerial vehicles (UAVs), wearable and other electronic devices have been identified., №9 (2019)

В роботі розглянуто технології отримання активних елементів для літій-іонних акумуляторів на основі напилення плівки графіту і нанесення на неї шару оксиду олова. Отриманий результат, при використанні плівки SnO2, показує, що параметри незворотної ємності можуть перевищувати значення зворотної ємності, що отримуються просто на чистому графіті (300-350 mАгод/гр). Це показує перспективність створення активного анода зі структурою графіт-оксид олова. В роботі висвітлено напрямки оптимізації технологічних процесів отримання плівок, важливість правильного підбору співвідношень товщини, а також можливості переходу до нанесення на вуглецеву структуру оксиду олова. На відміну від загально прийнятої технології нами здійснювалося отримання анодної системи електрода літій-іонного акумулятора (ЛІА) за допомогою вакуумного напилення на мідну фольгу, на який методом високочастотного магнетронного осадження наносилися шар графіту і олова з дотриманням низки технологічних вимог. Отримана нами на структурах графіт-оксид олова має надзвичайно великий розкид значень від 380 mАгод/гр до 690 mАгод/гр. Ймовірно це пов'язано з невідпрацьованою технологією отримання графіту олова методом окислення, оскільки в результаті виходять багатофазні включення оксиду олова. Неоднозначність структури графіту залежно від товщини плівки також впливає на результат. З представлених результатів слідує, що ведеться інтенсивний пошук альтернативних вуглецю матеріалів для анода літій-іонного акумулятора. І хоча в даний час жоден з досліджених матеріалів за сукупністю своїх характеристик не може конкурувати з вуглецем, можна сподіватися, що композити та нанокомпозити з вуглецю і невуглецевих матеріалів знайдуть найближчим часом застосування у виробництві ЛІА. На основі отриманих результатів показано можливість вдосконалення технічних рішень та впровадження у виробництво літій-іонних акумуляторів нових технологічних процесів, а також проаналізовано можливі напрямки покращення їхніх експлуатаційних характеристик. In this paper, the technologies of obtaining active elements for lithium-ion batteries based on sputtering of a film of graphite and applying a layer of tin oxide on it are considered. The result obtained, when using a SnO2 film, shows that the parameters of the irreversible capacitance can exceed the values of the return capacitance obtained simply on pure graphite (300-350 mAh / g). This shows the prospect of creating an active anode with a tin graphite oxide structure. The directions of optimization of technological processes of obtaining films, the importance of correct selection of thickness ratios, as well as the possibility of transition to the deposition of tin oxide on the carbon structure are highlighted in the work. In contrast to conventional technology, we have been producing anode system of electrode lithium-ion battery using vacuum sputtering on copper foil, which method of high-frequency magnetron deposition applied a layer of graphite and tin, meeting a number of technological requirements. The graphite tin oxide obtained by us has an extremely large variation of values from 380 mAh / g to 690 mAh / g. This is probably due to the raw technology of producing tin graphite by oxidation, as a result of multiphase inclusions of tin oxide. The ambiguity of the graphite structure depending on the film thickness also affects the result. From the presented results, it follows that intensive search for alternative carbon materials for the anode of lithium-ion battery is underway. Although none of the studied materials can compete with carbon at present, it is hoped that composites and nanocomposites of carbon and non-carbon materials will find application in the production of LIA in the near future. On the basis of the obtained results the possibility of improvement of technical solutions and introduction of new technological processes in the production of lithium-ion batteries is shown, as well as possible directions of improvement of their operational characteristics are analyzed. В работе рассмотрены технологии получения активных элементов для литий-ионных аккумуляторов на основе напыления пленки графита и нанесения на нее слоя оксида олова. Полученный результат, при использовании пленки SnO2, показывает, что параметры необратимой емкости могут превышать значения обратной емкости, получаемых просто на чистом графите (300-350 mАгод/г). Это показывает перспективность создания активного анода со структурой графит-оксид олова. В работе освещены направления оптимизации технологических процессов получения пленок, важность правильного подбора соотношений толщины, а также возможности перехода к нанесению на углеродную структуру оксида олова. В отличие от общепринятой технологии нами осуществлялось получение анодной системы электрода литийионного аккумулятора с помощью вакуумного напыления на медную фольгу, на которую методом высокочастотного магнетронного осаждения наносились слой графита и олова, соблюдая ряд технологических требований. Полученная нами зависимость на структурах графит-оксид олова имеет очень большой разброс значений от 380 mАгод/г до 690 mАгод/г. Вероятно это связано с неотработанной технологией получения графита олова методом окисления, так как в результате получаются многофазные включения оксида олова. Неоднозначность структуры графита в зависимости от толщины пленки также влияет на результат. Из представленных результатов следует, что ведется интенсивный поиск альтернативных углероду материалов для анода литий-ионного аккумулятора. И хотя в настоящее время ни один из исследованных материалов по совокупности своих характеристик не может конкурировать с углеродом, можно надеяться, что композиты и нанокомпозиты из углерода и неуглеродных материалов найдут в ближайшее время применение в производстве ЛИА. На основе полученных результатов показана возможность совершенствования технических решений и внедрение в производство литий-ионных аккумуляторов новых технологических процессов, а также проанализированы возможные направления улучшения их эксплуатационных характеристик.