Літій-іонне джерело струму

Реферат: Літій-іонне джерело струму містить катодний колектор струму, на якому розташований катод, який контактує з сепаратором, композитний анод та анодний колектор струму. Композитний анод виконаний у вигляді багатошарової плівкової системи. Система складається з щонайменше одного двошарового компонента, шари якого містять однакові елементи, мають різну структуру та повторюються. Елементами, з яких складається двошаровий компонент, є кремній, алюміній та кисень. UA 119746 U (54) ЛІТІЙ-ІОННЕ ДЖЕРЕЛО СТРУМУ UA 119746 U UA 119746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехнічної галузі, зокрема до літій-іонних акумуляторів, що призначені для живлення електронних приладів, таких як ноутбуки, планшети, мобільні телефони, кінокамери, фотоапарати, портативні радари та інше. Особливо ефективно корисна модель може бути використана в автомобільному транспорті з гібридним або електричним приводами та в комплектуванні екологічно чистих відновлюваних джерел енергії. Відомими аналогами є літій-іонні джерела струму, які складаються з катодного колектора струму, катода, сепаратора, анода та анодного колектора струму. Останні 20 років в літій-іонних джерелах струму в якості активних матеріалів анодів використовують вуглець різних модифікацій [N. Nitta, F. Wu, J. T. Lee, G. Yushin. Li-ion battery materials: present and future. Materials Tuday, Vol. 18. № 5. 2015. P. 252-264]. Аноди на основі вуглецю мають достатню механічну стабільність, високі електричну провідність та швидкість дифузії Li, відносно низьке змінення об'єму протягом літізації та відносно низьку ціну виробництва. В порівнянні з іншими анодними матеріалами для вуглецю характерні більш висока циклова довговічність, щільність енергії. Гравіметрична ємність у вуглецевих електродів значно вища ніж в більшості матеріалів, 3 але об'ємнометрична ємність невелика і становить 333-430 мАгод./см . Найбільш перспективними для електричного транспорту та відновлюваних джерел енергії є літій-іонні джерела, аноди яких виконані на основі кремнію чи його сполук. Внаслідок повної літізації в таких анодах виникає Li15Si4, що забезпечує високі гравіметричну ємність 4200 3 мАгод./г та об'ємнометричну ємність 9786 мАгод./см [S. Goripanti, E. Miele, F.D. Angelis, E.D. Fabrizio, R.P. Zaccaria, C. Capiglia. Review on recent progress of nanostructured anode materials for Li-ion batteries. J. of Power Sources. Vol. 257.2014. P. 421-443]. Відомим аналогом є спосіб виготовлення тонкоплівкового анода літій-іонних акумуляторів на основі плівок наноструктурованого кремнію, покритого двоокисом кремнію [Патент RU № 2474011, МПК Н01М 4/04, Н01M 10/04, В82В 1/00, опубл. 27.01.2013] запропонований тонкоплівковий матеріал, сформований з нанорозмірних кластерів кремнію в оболонці з двоокису кремнію, які одержані в одну стадію магнетронним розпиленням кремнієвої мішені в аргоно-кисневій плазмі. Двоокис кремнію в плівці становить 16-41 % по відношенню до кремнію. Кремній має кластерну структуру з розміром кластерів 5-15 нм. Завдяки цьому зменшені ефекти розширення - стиснення при введенні та екстракції літію в циклах заряд-розряд в літій-іонних джерелах струму. Формування анодного матеріалу в одному технологічному циклі зменшує собівартість літій-іонних джерел струму. В роботі [D. Wang, M. Gao, H/Pan, I. Wang, Y. Lin. High performance amorphous-Si @ SiOx/C composite anode materials for Li-ion batteries derived ball-milling and in situ carbonization. J. of Power Sources. Vol. 256. 2014. P. 190-199] продемонстровано ефективність використання композитних анодів на основі аморфного кремнію (- Si), SiOx та вуглецю. Один з найкращих зразків в складі літій-іонного джерела струму показав в стадії заряду ємність Сз=3960 мАгод./г. В стадії розряду Ср=3180 мАгод./г. Кулонівська ефективність досягала 80 %. Незважаючи на високі електрохімічні характеристики, спосіб одержання композитного аноду шляхом розмелу компонента в кульових млинах є багатостадійним та високовитратним. Відомим аналогом є робота [Т.Л. Кулова, А.М. Скундин, В.Н. Андреев, Д.Ю. Грызлов, А.А. Мироненко, А.С. Рудый, В.Н. Гусев, В.В. Наумов. Исследование тонкопленочных электродов системы кремний-алюминий-кислород для литий-ионных аккумуляторов. Электрохимическая энергетика. 2013, Т. 13, № 3, - С. 136-143] досліджувались анодні матеріали на основі багатошарових систем Si-Al - О, які створювались шляхом магнетронного напилення в газовій -3 суміші Аr+О2 за сумарного тиску 210 мм рт. ст. Синтезований композит мав стовпчасту структуру. Аноди виготовлялись у вигляді багатошарових структур. Шари, збагачені алюмінієм, чергувались з шарами, в яких вміст алюмінію зменшений. Багатошарові композитні анодні структури мали такий склад: кремній - 70-80 %, кисень - 8-14 %, алюміній - 5-10 %. Вони показали стійке циклування при оберненій ємності, що становила близько 80 % від теоретичного значення. Останнім часом інтенсивно розробляються активні аноди на основі матеріалів у вигляді нанорозмірних структур [S. Goripanti, E. Miele, F. De Angelis, E. Di fabrizio, R.P. Zaccaria, C. Capiglia. Review on recent progress of nanostructured anode materials for Li-ion batteries. J. of Power Sources. Vol. 257. 2014. P. 421-443]. Наноструктурні матеріали можуть бути сформовані у вигляді трубок, кластерів, графенів, стовпів, дротів, волокон та пористих плівок. Традиційним матеріалом для анодних структур є вуглець у вигляді графітових наносфер, графенових шарів або нанотрубок з однією або декількома стінками. Для створення активного анодного матеріалу використовуються також окисли титану, кремній та його сполуки, германій, оксид олова, оксиди заліза, кобальту, фосфіди та нітриди металів. Типовим прикладом використання наноструктурних матеріалів в складі анода є технічне рішення [Пат. US8158282 В2, МПК Н01М 1 UA 119746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4/04, H01L21/00, "Method of producing prelithiated anodes for secondary lithium ion batteries". A. Shamu, B.Z. Iung. Опубл. 17.04.2012]. Матеріал активного аноду складається з вуглецевої або графітової фази та кремнієвих нанодротів, які сформовані на поверхні колектора струму. При високому вмісті кремнію по відношенню до вуглецю гравіметрична ємність літій-іонного джерела з таким анодом досягала величин 4000 мАгод./г, близьких до теоретичних. Завдяки нанорозмірним елементам при циклуванні не виникало механічних напружень, які руйнують структуру літій-іонного джерела. Недоліком розглянутого технічного рішення є наявність біндера в активному матеріалі та пустоти між нанодротами, що значно знижує об'ємнометричну ємність джерела. Найближчими аналогами до корисної моделі є наступні технічні рішення, а саме [Пат. US8778522 В2, МПК Н01М 6/22, Н01М 6/14, Н01М 2/16, Н01М 6/18, Н01М 10/056, Н01М 10/0525, Н01М 10/0562, H01M 1O/O565. "Protected Lithium electrodes on sintered ceramic or glass ceramic membranes". S.I. Viskon, Y.S. Nsmon, B.O. Katz. Опубл. 15.07.2014]. В цьому прикладі реалізації -5 -7 використовується кераміка на основі SiO2-Al2O3, яка має високу іонну провідність 10 -10 Сім/см. При цьому товщина керамічного шару лежить в межах 10-100 мкм. Під час синтезу керамічних шарів використовуються вакуумне та реактивне випаровування, розпилення в плазмі. Основний недолік цього технічного рішення - складні технологічні процеси формування керамічних шарів та висока вартість виробництва. В іншому технічному рішенні [Пат. US20130224583 А1, МПК НН01М4/38, Н01М4/64, Н01М4/36. "Electroactive material". M.Green. Опубл. 29.08.2013] в склад активного анодного матеріалу входить вуглець, графіт та кремній. При цьому перелічені матеріали сформовані в наноструктурні компоненти, які розділені алюмінієм або іншим металом. Кремнієві елементи активного матеріалу мають розмір 30-50 нм. Протяжність контактних алюмінієвих кластерів сягає 500 нм - 50 мкм. Кремнієва частка в анодному матеріалі становить 30-80 %. Недоліком є те, що наноструктури кремнієві елементи розташовані в матеріалі з вільним простором, що зменшує ємність літій-іонних джерел струму. Крім того, технологічна реалізація цього технічного рішення є складною та такою, що має високу вартість. В технічному рішенні [Пат. US8623557 В2, МПК Н01М 4/40. "Lithium anodes for electrochemical cells". T.A. Skotheim, C.I. Shehan, Y.V. Mikhaylik, I.D. Afinito. Опубл. 9.06.2014] активний анод має вигляд багатошарової плівкової системи. Багатокомпонентні шари -6 наносились в вакуумі 10 мм рт. ст. способом термічного випаровування. Обробка поверхні підкладинки виконувалась в плазмі ВЧ магнетрону в атмосфері реактивного газу СО 2 при потужності 50-100 Вт. Багатошарова анодна система може бути реалізована різними фізичними способами, такими як CVD, екструзія або гальванічне покриття. Анодна система зі сторони електроліту відокремлена захисним шаром з високою іонною провідністю. Товщина кожного шару анодної системи лежить в широкому інтервалі від 5 до 5000 нм. Розрядна ємність після 100 циклів досягала 432 мАгод./г. В зв'язку з відсутністю близьких по суті ознак в одному технічному рішенні для корисної моделі, що заявляється, розглянуті останні три технічні рішення [Пат. US8778522 В2, US20130224583 А1 та US8623557 В2], які загалом є збірним найближчим аналогом. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення енергетичної ємності, кількості заряд-розрядних циклів літій-іонного джерела струму, що дає змогу одержати пристрій з високими технічними параметрами: зарядова ємність - 1200 мАгод./г; кулонівська ефективність - 100 %; термін безвідмовної роботи - 500 циклів. Поставлена задача вирішується тим, що літій-іонне джерело струму місить катодний колектор струму, катод, сепаратор, композитний анод та анодний колектор струму, в якому для підвищення енергетичної ємності, кількості циклів заряд - розряд та циклової стабільності композитний анод виконаний у вигляді багатошарової плівкової системи, яка створена шляхом багаторазового послідовного іонно-плазмового нанесення двошарового компонента, шари якого містять однакові елементи та мають різну структуру. Елементи, з яких складається двошаровий компонент, є кремній, алюміній та кисень. Перший шар двошарового компонента складається із незв'язаного кремнію, вміст якого становить 40-85 ат. %, просторово розподіленої матриці із алюмосилікату із вмістом 5-20 ат. % та кластерів алюмінію, середній розмір яких перевищує товщину цього шару. Другий шар двошарового компонента складається із алюмосилікату із вмістом 70-90 ат. %, окису кремнію із вмістом 5-10 ат. % та кластерів алюмінію, середній розмір яких перевищує товщину цього шару. Товщина першого шару двошарового компонента лежить в межах 50-500 нм, а товщина другого шару двошарового компонента лежить в межах 10-200 нм. Кластери алюмінію в площинах перетину багатошарової плівкової системи мають вигляд 2 UA 119746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рівномірно розташованих окремих просторово ізольованих зон, відстань між якими в 5-10 разів перевищує їхній розмір. Між анодним колектором струму та першим шаром двошарового компонента розташований перехідний шар узгодження із матеріалу з низьким електричним опором, товщина якого лежить в межах 100-500 нм, а між останнім шаром двошарового компонента та сепаратором розташований перехідний шар із матеріалу з низьким електричним опором, товщина якого лежить в межах 50-200 нм. В корисній моделі суттєвими відмінними ознаками є виконання активної частини композитного аноду у вигляді багатошарової системи, спосіб створення шарів, елементний склад та структура шарів, наявність перехідних шарів та товщини кожного шару. Літій-іонне джерело струму з переліченими ознаками дає змогу досягти технічного результату - значно підвищити енергетичну ємність, кількість заряд-розрядних циклів та циклову стабільність. Можливість практичної реалізації запропонованої корисної моделі показана на графічному матеріалі. Корисна модель пояснюється кресленнями, де фіг. 1 - схематичне зображення багатошарової плівкової системи літій-іонного джерела струму; фіг. 2 - РЕМ мікрофотографія поперечного перерізу багатошарової плівкової системи літій-іонного джерела струму, фіг. 3 РЕМ мікрофотографія поверхні багатошарової плівкової системи літій-іонного джерела струму, фіг. 4 - Зображення технологічної схеми іонно-плазмового формування композитного аноду, фіг. 5 - Криві залежності ємності та кулонівської ефективності літій-іонного джерела струму від кількості циклів. Варіант виконання корисної моделі, що не виключає інші можливі, показаний на схематичному зображенні багатошарової плівкової системи літій-іонного джерела струму, представлений на фіг. 1. Багатошарова плівкова система складається з анодного колектора струму 1, перехідного шару узгодження 2, першого шару 3 двошарового компонента, другого шару 4 двошарового компонента, перехідного шару 5, який контактує з сепаратором 6. Сепаратор 6 в свою чергу контактує з катодом 7, що розташований на катодному колекторі струму 8. Активна частина 9 композитного аноду складається з декількох двошарових компонент, кількість яких визначає загальну ємність літій-іонного джерела струму. Товщина активної частини 9 може становити до 25 мкм. РЕМ мікрофотографія поперечного перерізу багатошарової плівкової системи літій-іонного джерела струму наведена на фіг. 2. На цій мікрофотографії білі горизонтальні смуги відповідають першому шару З двошарового компонента, темні горизонтальні смуги - другому шару 4 двошарового компонента, а світлі вертикальні смуги характеризують кластери алюмінію, які забезпечують електронну провідність в активній частині 9. Мікрофотографія фіг. 2 отримана на сколі пластини монокристалічного кремнію із сформованими на ньому перехідним шаром узгодження 2 та активною частиною 9 багатошарової плівкової системи літій-іонного джерела струму. Відсутність на мікрофотографії Фіг. 2 відшарувань перехідного шару узгодження 2 від поверхні кремнієвої пластини свідчить про високу адгезію перехідного шару 2 разом з шарами 3, 4 двошарового компонента до підкладинки, на якій вони сформовані. РЕМ мікрофотографія поверхні багатошарової плівкової системи літій-іонного джерела струму, що представлена на фіг. 3, характеризує розподіл кластерів алюмінію в площині шарів 3, 4 двошарових компонент, їхній розмір та кількість мають бути такими, щоб забезпечити достатню електронну провідність для нейтралізації зарядів іонів літію, що уможливить їхнє зворотне сплавлення з незв'язаним кремнієм в перших шарах З двошарових компонент під час циклів заряду. З іншого боку, кількість кластерів алюмінію має бути обмеженою, щоб не зменшувати кількість незв'язаного кремнію в перших шарах 3 двошарових компонент. Експериментально було встановлено, що такий результат досягається, коли відстань між кластерами алюмінію в 5-10 раз перевищує їхній розмір. Перехідний шар узгодження 2 літій-іонного джерела струму призначений для узгодження фізичних характеристик анодного колектора струму 1 з першим шаром 3 першого двошарового компонента. Крім того, перехідний шар узгодження 2 повинен мати високу електронну провідність, щоб не обмежувати потік електронів в активну частину 9 безпосередньої взаємодії літію з кремнієм під час заряду літій-іонного джерела струму та робочий струм під час його розряду. На перехідний шар узгодження 2 ще покладається функція бар'єру між електролітом та анодним колектором струму 1, коли товщина активної частини 9 становить менше 1 мкм, як це має місце в літій-іонних джерелах малої ємності, для запобігання виникненню великої незворотної ємності. Серед інших можливих варіантів найкраще цим вимогам відповідає перехідний шар узгодження 2 із нітриду титана. Незначне збільшення об'єму навіть при утворенні титанату літію в перехідному шарі узгодження 2 під час заряду літій-іонного джерела струму не буде змінювати характеристики узгодження цього шару. Товщина перехідного шару 3 UA 119746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 узгодження 2 обмежена знизу необхідністю створення суцільної плівки, а зверху - вимогою займати мінімальний об'єм багатошарової плівкової системи літій-іонного джерела струму для досягнення максимально можливої ємності. При товщині активної частини 9 безпосередньої взаємодії літію з кремнієм в 5-25 мкм такі вимоги забезпечуються за товщини перехідного шару узгодження 2, що знаходиться в межах 100-500 нм. В першому шарі 3 двошарового компонента, що складається із незв'язаного кремнію, вміст якого становить 40-85 ат. %, і просторово розподіленої матриці із алюмосилікату із вмістом 5-20 ат. %, при заряді літій-іонного джерела струму літій створює сплав з незв'язаним кремнієм. Кількість цього незв'язаного кремнію і визначає кількість літію, що може обернено сплавитись з ним, і, як наслідок, можливу ємність літій-іонного джерела струму. Оскільки кремній має незначну власну електропровідність, то для забезпечення транспорту електронів від анодного колектора струму 1 в перший шар 3 двошарового компонента останній має в собі рівномірно розташовані кластери алюмінію - металу з високою електропровідністю. Крім того, значне (3-4 кратне) збільшення об'єму при утворенні сплаву літію з кремнієм, потребує додаткового простору, куди б релаксували механічні напруження, що виникають за такого значного розширення структури сплаву літій-кремній. Роль матриці, куди релаксують механічні напруження в площині першого шару 3 двошарового компонента, виконує алюмосилікат. Роль матриці, куди релаксують механічні напруження в напрямку, перпендикулярному площині першого шару 3 двошарового компонента, виконує другий шар 4 двошарового компонента, який складається із алюмосилікату із вмістом 70-90 ат. % та окису кремнію із вмістом 5-10 ат. %. Цей другий шар 4 також містить рівномірно розташовані кластери алюмінію - металу з високою електропровідністю - для транспорту електронів в наступні шари активної частини 9 безпосередньої взаємодії літію з кремнієм. Вміст незв'язаного кремнію в 40-85 ат. % в першому шарі 3 двошарового компонента знизу обмежений необхідністю створення літій-іонного джерела струму, ємність якого перевищувала б ємність літій-іонних джерел з вуглецевими анодами. Верхня межа вмісту незв'язаного кремнію в першому шарі 3 двошарового компонента є компромісом між максимально можливими ємністю та часом циклування. Цими ж факторами обумовлені верхні та нижні межи вмісту алюмосилікату та алюмінату літію в першому шарі 3 та алюмосилікату та окису кремнію в другому шарі 4 двошарового компонента. Товщина першого шару 3 двошарового компонента повинна бути більшою за 50 нм, щоб забезпечити його суцільність. Зверху його товщина обмежена величиною в 500 нм, бо за більшої товщини першого шару 3 його надмірне розширення при сплавленні літію з кремнієм викликає такі значні механічні напруження, які не можуть бути скомпенсовані матрицями, що існують в цьому шарі та між сусідніми шарами, в яких літій сплавляється з кремнієм. Як результат, виникає відрив багатошарової структури від анодного колектора струму і припиняється циклування літій-іонного джерела струму. Щодо товщини другого шару 4 двошарового компонента, то вона має бути мінімальною для спроможності виконання функції міжшарової матриці та такою, щоб не зменшувати питому ємність літій-іонного джерела струму. Знизу вона обмежена величиною в 20 нм, за якої вже формується суцільна плівка. Верхня межа в 200 нм товщини другого шару 4 двошарового компонента забезпечує компенсацію механічних напружень, що виникають при сплавленні літію з кремнієм в плівках шару 3 товщиною до 500 нм. Подальше збільшення товщини цього шару викликає лише підвищення опору багатошарової плівкової системи та зниження ефективності літій-іонного джерела струму. Перехідний шар 5, що розташований між останнім шаром двошарового компонента та сепаратором 6 і має товщину в межах 50-200 нм, виконує подвійну функцію. По-перше, він вирівнює розподіл електричного потенціалу по поверхні останнього другого шару 4, який є діелектриком, що забезпечує однорідність потоку іонів літію через всю поверхню багатошарової плівкової системи. По-друге, цей шар 5 є додатковим бар'єром для обмеження проникнення електроліту до багатошарової плівкової системи. Такі функції може виконувати плівка будьякого електропровідного матеріалу, хімічно стійкого до електроліту. Поряд з іншими, найефективнішою є плівка дисиліциду титану. Вона повинна виконувати роль вирівнювача розподілу електричного потенціалу лише на протязі першого циклу заряду поки не сформуються канали для руху іонів літію в напрямку анодного колектору струму 1 вздовж просторово ізольованих зон розташування кластерів алюмінію. Мінімальна товщина перехідного шару 5 обмежена величиною 50 нм і визначається лише вимогою створення суцільної електропровідної плівки. Максимальна товщина обмежена величиною в 200 нм для виключення невиправданих витрат на його формування. 4 UA 119746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вимірювання елементного складу першого 3 та другого 4 шарів двошарового компонента, виконані з використанням растрового електронного мікроскопу ZEISS EVO 50XVP в комплекті з енергодисперсійним аналізатором рентгенівських спектрів INCA PenteFETx3 Oxford Instrument, показали, що ці шари складаються з кремнію, алюмінію та кисню. Наведена вище структура першого 3 та другого 4 шарів двошарового компонента визначена з розрахунків, які враховують виміряні атомні співвідношення елементних складових та той факт, що використана технологія іонно-плазмового формування композитного аноду літій-іонного джерела струму забезпечує зв'язування алюмінію тільки опосередковано через кисень, зв'язаний з кремнієм, тобто безпосередньо в алюмосилікат. Технологічна схема пристрою іонно-плазмового формування композитного аноду у вигляді багатошарової плівкової системи зображена на Фіг. 4. Цей пристрій є модифікованим варіантом виконання технічного рішення [Пат. на корисну модель 86943 Україна. МПК С23С 14/00. Пристрій одержання багатокомпонентних та багатошарових покриттів. Семенюк В.Ф., Веремійченко Г.М. Заявл. 20.08.2013. Опубл. 10.01.2014]. Він складається з, двох плазмоводугових пристроїв 10 з магнітними системами 11, які приєднані до вакуумної технологічної камери 12. Технологічна камера 12 відкачується сухим спіральним форвакуумним та -3 турбомолекулярним насосами до залишкового тиску не вище 10 Па. Напуск робочих газів (аргон, кисень, водень, азот) до тиску близько 1 Па здійснюється через газовий колектор 13 в зону тримача підкладинок 14 за допомогою регулятора і вимірювача розходу газу 15. Тримач підкладинок 14 приєднаний до технологічної камери 12 через ізолятор 16 та з'єднаний з джерелом постійного струму 17, який подає на тримач підкладинок 14 від'ємний прискорюючий потенціал. На тримачі підкладинок 14 розташовують підкладинку 18, на якій формують композитний анод у вигляді багатошарової плівкової системи. За тримачем підкладинок 14 розташована магнітна система 19 управління іонно-плазмовими потоками, що спрямовують на підкладинку 18. Над підкладинкою 18 розташоване геліконне джерело плазми, яке складається з магнітної системи 20, діелектричного вакуумного вікна 21, ззовні якого закріплена антена 22. Антена 22 з'єднана з ВЧ генератором 23 через пристрій узгодження 24. Особливістю плазмово-дугового та геліконного джерел іонно-плазмових потоків є те, що вони є автономними пристроями, які пристиковуються до портів вакуумно-технологічних камер будь-якої конструкції, в тому числі і до таких, що працюють по схемі "з рулону на рулон". Формування композитного аноду у вигляді багатошарової плівкової системи шляхом багаторазового послідовного іонно-плазмового нанесення двошарового компонента здійснюється наступним чином. Після завантаження на тримач підкладинок 14 підкладинки мідної фольги товщиною 15 мкм - технологічну камеру 3 відкачують до залишкового тиску не -3 вище 10 Па та здійснюють напуск плазмо утворюючого газу аргону до робочого тиску близько 1 Па. Шляхом подачі ВЧ енергії з генератора 23 на антену 22 та постійного струму в магнітні системи 19, 20 ініціюють геліконний розряд, іонно-плазмовий потік з якого спрямовують на підкладинку 18 і здійснюють фінішну очистку її поверхні при подачі на тримач підкладинок 14 від'ємного потенціалу від джерела постійного струму 17. Надалі за допомогою плазмоводугового пристрою 10 з титановим катодом в атмосфері робочого газу азоту формують перехідний шар узгодження із нітриду титану. Після цього з використанням плазмово-дугового пристрою 10 з композитним Si+Al катодом послідовно наносять шари двошарового компонента в суміші робочих газів аргону, водню та кисню. Кількість шарів багатошарової плівкової системи визначає ємність композитного аноду. На завершення, використовуючи плазмово-дуговий пристрій 10 з титановим катодом, в атмосфері суміші аргону та моносилану наносять зовнішній перехідний шар. Криві залежності від кількості циклів ємності (крива II) та кулонівської ефективності (крива І) літій-іонного джерела струму з композитним анодом, сформованим за зазначеною технологією, наведені на Фіг. 5. Зростання зарядової ємності на початку циклування, представлене кривою II фіг. 5, пов'язане із збагаченням багатошарової структури композитного аноду незв'язаним кремнієм при взаємодії іонів літію з окисом кремнію в приповерхневих шарах на глибині проникнення електроліту в багатошарову структуру. Взагалі півелементи, виготовлені з використанням композитних анодів, сформованих за даною технологією, при зарядовій ємності більше за 1000 мАгод./г стабільно циклуються протягом 500+ циклів. Таким чином, виконання літій-іонного джерела струму з відмінними ознаками, що заявляються, дало змогу досягти таких технічних параметрів: 1. Зарядова ємність - 1200 мАгод./г. 2. Кулонівська ефективність - 100 %. 3. Термін безвідмовної роботи - 500 циклів заряд-розряд. 5 UA 119746 U Це підтверджує перспективність подальшої розробки аналогічних пристроїв. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 30 1. Літій-іонне джерело струму, яке містить катодний колектор струму, на якому розташований катод, який контактує з сепаратором, композитний анод та анодний колектор струму, яке відрізняється тим, що композитний анод виконаний у вигляді багатошарової плівкової системи, яка складається з щонайменше одного двошарового компонента, шари якого містять однакові елементи, мають різну структуру та повторюються, при цьому елементами, з яких складається двошаровий компонент, є кремній, алюміній та кисень. 2. Літій-іонне джерело струму за п. 1, яке відрізняється тим, що перший шар двошарового компонента складається із незв'язаного кремнію, вміст якого становить 40-85 ат. %, просторово розподіленої матриці із алюмосилікату з вмістом 5-20 ат. % та кластерів алюмінію, середній розмір яких перевищує товщину цього шару. 3. Літій-іонне джерело струму за п. 1, яке відрізняється тим, що другий шар двошарового компонента складається із алюмосилікату із вмістом 70-90 ат. %, окису кремнію із вмістом 5-10 ат. % та кластерів алюмінію, середній розмір яких перевищує товщину цього шару. 4. Літій-іонне джерело струму за п. 1, яке відрізняється тим, що товщина першого шару двошарового компонента лежить в межах 50-500 нм. 5. Літій-іонне джерело струму за п. 1, яке відрізняється тим, що товщина другого шару двошарового компонента лежить в межах 10-200 нм. 6. Літій-іонне джерело струму за п. 1, яке відрізняється тим, що кластери алюмінію в площинах перерізу багатошарової плівкової системи мають вигляд рівномірно розташованих окремих просторово ізольованих зон, відстань між якими в 5-10 разів перевищує їхній розмір. 7. Літій-іонне джерело струму за п. 1, яке відрізняється тим, що між анодним колектором струму та першим шаром двошарового компонента розташований перехідний шар узгодження із матеріалу з низьким електричним опором, товщина якого лежить в межах 100-500 нм. 8. Літій-іонне джерело струму за п. 1, яке відрізняється тим, що між останнім шаром двошарового компонента та сепаратором розташований перехідний шар із матеріалу з низьким електричним опором, товщина якого лежить в межах 50-200 нм. 6 UA 119746 U 7 UA 119746 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8