Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА

Предлагаемое техническое решение относится к области электрохимии и может быть использовано для производства литий-ионных аккумуляторов, обладающих улучшенными техническими параметрами.

Аналогичные технические решения известны, см., например, описание изобретения к патенту РФ №2519935, в котором опубликован способ изготовления литий-ионного аккумулятора, заключающийся в следующем:

- размещают первый электрод, например, на поверхности основания;

- размещают сепаратор над поверхностью первого электрода;

- размещают второй электрод над поверхностью сепаратора;

- прессуют слои первого электрода, сепаратора и второго электрода между собой;

- размещают спрессованные слои первого электрода, сепаратора и второго электрода во внутреннюю полость корпуса литий-ионного аккумулятора;

- изготавливают литий-ионный аккумулятор.

Все вышеприведенные признаки способа изготовления литий-ионного аккумулятора являются общими с предлагаемым способом изготовления литий-ионного аккумулятора, за исключением размещения сепаратора и прессования в технологическом процессе изготовления литий-ионного аккумулятора.

Известно также аналогичное техническое решение, см. описание изобретения к патенту РФ №2404489, который выбран в качестве ближайшего аналога, прототипа, в котором охарактеризован способ изготовления литий-ионного аккумулятора, заключающийся в следующем:

- размещают заранее изготовленный анод из углеродного материала в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- размещают заранее изготовленный катод из литийсодержащего материала в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- заполняют внутреннюю полость литий-ионного аккумулятора электролитом;

- осуществляют подачу постоянного напряжения на выводы анода и катода;

- обеспечивают электродиффузионное насыщение анода ионами лития;

- прекращают подачу постоянного напряжения на выводы анода и катода;

- герметизируют корпус литий-ионного аккумулятора;

- изготавливают литий-ионный аккумулятор.

Общими признаками предлагаемого технического решения и способа прототипа являются следующие признаки:

- размещают заранее изготовленный анод из углеродного материала в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- размещают заранее изготовленный катод из литийсодержащего материала в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- заполняют внутреннюю полость корпуса литий-ионного аккумулятора электролитом;

- обеспечивают электродиффузионное насыщение анода ионами лития;

- герметизируют корпус литий-ионного аккумулятора;

- изготавливают литий-ионный аккумулятор.

Технический результат, который невозможно достичь ни одним из вышеохарактеризованных аналогичных технических решений, заключается в снижении расхода лития катода на образование поверхностной пленки на аноде, в процессе первого цикла заряда углеродного материала литий-ионного аккумулятора.

Причиной невозможного достижения вышеуказанного технического результата является то, что вопросам, связанным с расходом лития катода на образование поверхностной пленки на аноде, должного внимания не уделялось.

Учитывая характеристику и анализ известных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания литий-ионных аккумуляторов, обладающих улучшенными техническими параметрами (ресурс, удельная емкость и т.п.), является актуальной на сегодняшний день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в способе изготовления литий-ионного аккумулятора, заключающийся в том, что размещают заранее изготовленный анод из углеродного материала в корпусе литий-ионного аккумулятора, размещают заранее изготовленный катод из литийсодержащего материала в корпусе литий-ионного аккумулятора, заполняют свободную внутреннюю полость корпуса литий-ионного аккумулятора электролитом, обеспечивают электродиффузионное насыщение анода ионами лития, герметизируют корпус литий-ионного аккумулятора и изготавливают, таким образом, литий-ионный аккумулятор, при этом, после заполнения внутренней полости корпуса литий-ионного аккумулятора электролитом, размещают дополнительный заранее изготовленный электрод из литийсодержащего материала, в корпусе литий-ионного аккумулятора, осуществляют подачу постоянного напряжения на выводы анода и дополнительного электрода, прекращают подачу постоянного напряжения на выводы анода и дополнительного электрода и убирают из корпуса литий-ионного аккумулятора дополнительный электрод.

Размещение дополнительного электрода в корпусе литий-ионного аккумулятора, как указано выше, подача постоянного напряжения на выводы анода и дополнительного электрода, прекращение подачи постоянного напряжения на выводы анода и дополнительного электрода и извлечение из корпуса литий-ионного аккумулятора дополнительного электрода позволяют после размещения анода, катода и дополнительного электрода и заполнения электролитом внутренней полости корпуса литий-ионного аккумулятора, при кратковременной (заранее заданной) подаче постоянного напряжения на выводы анода и дополнительного электрода, осуществить проведение физико-химических реакций между анодом и дополнительным электродом и осуществить электродиффузионное насыщение анода ионами лития, содержащегося в дополнительном электроде и образование поверхностной литийсодержащей пленке на поверхности анода, а убрав дополнительный анод из корпуса литий-ионного аккумулятора и проведя герметизацию корпуса литий-ионного аккумулятора, получить практически готовый литий-ионный аккумулятор, при этом при эксплуатации которого расход лития в катоде резко снижается, а время эксплуатации литий-ионного аккумулятора значительно возрастает. В чем и проявляется достижение технического результата, указанного выше.

Проведенный анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности существенных признаков, так и отличительных признаков предлагаемого технического решения, что позволило сделать вывод о наличии «новизны» и «изобретательского уровня» предлагаемого способа изготовления литий-ионного аккумулятора.

Техническая сущность предлагаемого способа изготовления литий-ионного аккумулятора заключается в следующем:

- размещают заранее изготовленный анод из углеродного материала в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- размещают заранее изготовленный катод из литийсодержащего материала в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- размещают заранее изготовленный дополнительный электрод из литийсодержащего материала в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- заполняют внутреннюю полость корпуса литий-ионного аккумулятора электролитом;

- осуществляют подачу постоянного напряжения на выводы анода и дополнительного электрода;

- обеспечивают электродиффузионное насыщение анода ионами лития;

- прекращают подачу постоянного напряжения на выводы анода и дополнительного электрода;

- убирают дополнительный электрод из корпуса литий-ионного аккумулятора;

- герметизируют корпус литий-ионного аккумулятора;

- изготавливают литий-ионный аккумулятор.

Практический способ изготовления литий-ионного аккумулятора заключается в следующем:

- размещают заранее изготовленный анод из углеродного материала (выпускаемый, например, фирмой «Targay Corporation), в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- размещают заранее изготовленный катод из литийсодержащего материла (выпускаемый, например, фирмой Phostech Lithium Inc.), в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- размещают заранее изготовленный дополнительный электрод из литийсодержащего материала в корпусе литий-ионного аккумулятора;

- заполняют внутреннюю полость корпуса литий-ионного аккумулятора электролитом (например, соль лития LiPF₆ в органическом растворителе);

- осуществляют подачу постоянного напряжения, например, не более 3,6 В на выводы анода и дополнительного электрода;

- обеспечивают электродиффузионное насыщение анода ионами лития из дополнительного электрода, в течение заданного времени для данного типа литий-ионного аккумулятора (например, от 1 до 10 часов);

- прекращает подачу постоянного напряжения на выводы анода и дополнительного электрода;

- убирают дополнительный электрод из корпуса литий-ионного аккумулятора;

- герметизируют корпус литий-ионного аккумулятора одним из известных способов;

- изготавливают, таким образом, литий-ионный аккумулятор.

Для доказательства достижения технических параметров изготовленного литий-ионного аккумулятора перед известными литий-ионными аккумуляторами были проведены соответствующие испытания, результаты которых приведены в нижеследующей таблице №1, которые показали отсутствие потерь емкости катода, снижение массы аккумулятора и увеличение удельной емкости аккумулятора.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления литий-ионного аккумулятора по своим техническим показателям займет достойно место среди известных объектов техники аналогичного назначения.