Матеріал для катода літієвих джерел струму та спосіб його одержання

Винахід відноситься до матеріалів для катода літієвих джерел струму, який може бути використаний, наприклад, для виготовлення катодів літієвих акумуляторів для електронних пристроїв різного призначення. Відомо нанокомпозитний матеріал на основі нанорозмірного V2O5 та редокс-активного полімера полі(2,5димеркапто-1,3,4-тіадиазола) (ПДМТ), якій одержують шляхом полімеризації вихідного мономера у внутрішніх галереях частинок V2O5 і використовують як катодний матеріал в літієвих джерелах струму. Хімічний синтез такого нанокомпозитного матеріала, ПДМТ/V2O5, проводять таким чином. Ксерогель V2O5 . 1,8H2O одержують з водного золю V2O5, приготованого розчиненням V2O5 (3г) у 10% перекису водню (300мл) при кімнатній температурі, який після старіння на протязі 3 діб висушують при температурі 100°С. До 0,17г (1,17ммоль) 2,5-димеркапто-1,3,4-тіадиазолу, розчиненого у 240мл метанолу, додають розчин 0,5г (2,34ммоль) ксерогелю V2O5 в 30мл води. Суміш перемішують при кімнатній температурі протягом 24 годин. Порошок ПДМТ/V2O5 коричневого кольору відфільтровують, промивають метанолом, вісушують при температурі 50°С у вакуумі. [Nam-Gyn Park, Kwang Sun Ryu, Yong Joon Park, Man Gu Kang, Dong-Kuk Kirn, Seong-Gu Kang, Kwang Man Kim, Soon-Ho Chang. Journal of Power Sources, 2002, Vol. 103, №2, p.273-279]. Нанокомпозитний матеріал ПДМТ/V2O5, що виготовлено таким чином, характеризується питомою розрядною ємністю 200мА.год/г, що обумовлено його хімічною структурою та умовами одержання. Однак, така величина питомої розрядної ємності є недостатньою для виготовлення високоефективних катодів для літієвих джерел струму. Основою винаходу постала задача розробки матеріалу для катода літієвих джерел струму та спосіб його одержання, які забезпечують утворення хімічної структури, що характеризується покращеними зарядрозрядними характеристиками, шляхом введення нової компоненти в матеріал при застосуванні нових матеріалів, стадій одержання матеріалу і використанні іншої їх послідовності при приготуванні матеріалу, що забезпечує більшу величину питомої розрядної ємності. Задача вирішується матеріалом для катода літієвих джерел струму на основі нанорозмірного V2O5 (розмір частинок від 10 до 15нм), у внутрішніх галереях якого розташований редокс-активний полімер полі(2,5тієнилендисульфід) (ПТДС), при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: V2O5 79,5; ПТДС решта до 100. Задача також вирішується способом одержання матеріалу для катода літієвих джерел струму шляхом перемішування вихідного мономеру тіофен-2,5-дитіолу (ТДТ) у суміші ефір-метанол з 0,1-1,0% водним золем V2O5, що одержують шляхом виливання розтопленого кристаличного оксиду ванадію (V) в дистильовану воду з подальшою витримкою протягом 7 діб, центрифугуванням і відфільтровуванням від нерозчинних частинок, при мольному співвідношенні мономер: V2O5=2:1. Поєднання нового порядку етапів та додаткових прийомів виготовлення матеріалу з введенням в матеріал частинок V2O5 молекул ТДТ та утворення в результаті їх полімеризації нового редокс-активного полімеру ПТДС змінює структуру матеріалу настільки, що забезпечує значне збільшення питомої розрядної ємності. Приклад виготовлення матеріалу для катоду літієвих джерел струму. Водний золь V2O5 одержували шляхом виливання в хімічну склянку з дистильованою водою (1л) розтопленого порошку V2O5 (8г), витримували його 7 діб, після чого центрифугували і відфільтровували від нерозчинних частинок. До 52мл 0,6% водного золю V2O5 приливали розчин 130мг ТДТ в 50мл суміші ефіру з метанолом (4:1 за об'ємом) при постійному перемішуванні. Суміш витримували протягом 24 годин при кімнатній температурі. Утворений осад буро-зеленого кольору відфільтровували, промивали водою та ацетоном. Одержаний матеріал висушували на повітрі, очищали шляхом екстракції ацетонітрилом в апараті Сокслета, після чого висушували протягом 5 годин у вакуумі при температурі 80°С. Параметри прикладу виготовлення матеріала для катода літієвих джерел струму зведено в таблицю 1. Таблиця 1 № зразка 1 Масові долі реагентів, що використовувались при одержанні матерала, мас. % ТДТ V2O5 29,4 70,6 Розмір частинок V2O5, НМ Склад матеріала 10-15 ПТДС 0,24/ V2O5* - розраховано на мономерну ланку полімера. Вимірювання питомої розрядної ємністі одержаного матеріалу ПТДС/V2O5 проводили в двоелектродній ячейці, яку збирали в сухому боксі під аргоном. Виміри проводили на потенціостаті ПИ-50-1 з програматором ПР-8. Для виготовлення катоду, до суміші одержаного матеріалу ПТДС/V2O5, ацетиленової сажі і полівініліденфторида, розчиненого в ацетоні, у співвідношенні 70:20:10мас.% додавали ще 1-2мл ацетону та ретельно розтирали в агатовій ступці, після чого висушували при температурі 60°С у вакуумі протягом 6 годин. Одержану масу напресовували на сталеву сітку площею 0,09см2 під тиском 150кГ/см2 і використовували в якості катоду. В якості аноду і електроду порівняння використовували металевий літій. Вимірювання проводили в електроліті складу 1М LіClO4 в суміші етиленкарбонат-диетилкарбонат (50:50об.%) в гальваностатичному режимі в умовах: Область зміни від 4,0 до 2,0 В відносно Li/Li+; потенціалу Питома густина струму 15мА/г. В таблиці 2 наведені дані про питому розрядну ємність матеріалів для катодів літієвих джерел струму. Таблиця 2 № зразка Тип матеріалу катода 1 ПДМТ/V2O5 (прототип) 2 ПТДС/V2O5 Питома розрядна ємність, мАтод/г 200 260 Наведені в таблиці дані показують, що матеріал, який заявляється, переважає відомий матеріал для катода літієвих джерел струму на основі редокс-активного полімера і V2O5, причому значне збільшення питомої розрядної ємністі є результатом використання в якості компоненти матеріалу редокс-активного полімеру ПТДС.