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项目合作 | HPVDS活性材料快速沉积技术及其在电池制备方面的应用
来源:大连市战略性新兴产业联盟 | 作者:dlasei | 发布时间: 2018-07-30 | 358 次浏览 | 分享到:

项目名称:HPVDS活性材料快速沉积技术及其在电池制备方面的应用

项目编号:2018ZE001

项目来源:俄罗斯

当前状况:可供展示 秘密专有技术

合作模式:投资合作

项目简介:

HPVDS技术的中文名称为《高压沉积凝固技术》,是由俄罗斯科学院的专家经过过年研究开发出的尖端技术,在军工和航天方面得到了广泛的应用。这种技术同目前所广泛使用的先进的物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相淀积(PECVD)、电子束喷射沉积(ESD)和射频磁控溅射(RFMS)等薄膜制造技术相比,有很大的技术优势。在保证拥有其他技术特点的同时,这种技术在生产效率方面是其他技术无法比拟的。该技术的使用将会大大改进特种材料表面处理工艺,其工艺水平达到世界领先。

该技术是介于原子沉积与颗粒沉积技术之间的复合表面涂覆技术,是固态粒子学和纳米技术相结合的表面技术领域的前沿技术。技术原理是纳米结构喂料方法和非平衡热力控制法,主要方法有:液相分散喷雾合成法、原位生成喷雾合成法、电子束加热法、超声波活化法。同时,HPVDS可以实现在大气中沉积,欲沉积的材料可以按任意配比混合,降低了制造成本,更具有工业化生产前景。

 

项目特点:

1) 极高的沉积效率

该技术主要创新点在于材料沉积与材料从发生器向基材转移是同时发生的,而不是靠其他材料的预先消耗来实现。表面材料沉积数量的增加是通过真空沉积凝固技术、材料原始状态为液态的等离子真空凝固技术、材料原始状态为固态的高压沉积凝固技术来实现的。这些技术可在金属或陶瓷基片上获得陶瓷涂层或者金属-陶瓷涂层。该技术可实现的沉积率是大约1000µm/s,它是现存PVD,CVD技术的100-1000倍,是等离子涂敷技术的10倍以上。

 

2) 沉积的材料范围宽

该技术适用于低熔点的陶瓷和共晶物,适用于高熔点的材料沉积,也可应用于低热稳定性的材料沉积中。

由于材料沉积数量的增加是通过真空沉积凝固技术、材料原始状态为液态的等离子真空凝固技术和材料原始状态为固态的高压沉积凝固技术来实现的。因此,该技术几乎可以将任何一种材料快速地喷涂到另外任意一种材料上,其使用范围不受限制。

 
(3) 应用领域广

HPVDS技术是引入了超声波活化纳米液态颗粒技术,效率极高,该技术可在150mm宽的基带上以1.5米/秒的速度,沉积5-500µm厚度的涂层。该技术设备及操作成本较低,并可实现在大气中操作。涂层材料的特性与原材料相比无显著变化。可用于生产储氢设备、磁性物质、超导材料等。

在具体应用领域,该技术特别适用于蒸发氧化物、硫化物、尖晶石、盐类、碳化物和多层薄膜的沉积。可生产低成本、高效能的一次电池(原电池)和二次电池(蓄电池)的电极和燃料电池、传感器等。该技术可生产纳米碳/硅材料和其他高热稳定性材料涂层,是先进的电极阳极制造技术。同时,该技术还可以应用于以下方面:高效太阳能转换器;燃料电池元件;耐热抗氧化涂层;防护涂层;新一代超级电容器;能有效监控温度、辐射和湿度的感应控制设备;批量生产低电阻超导体。

通过引入了超声波活化纳米液态颗粒技术,该技术还特别适合制作多孔薄膜材料,并且效率极高。该技术设备及操作成本较低,并可实现在大气中操作。涂层材料的特性与原材料相比无显著变化。除电池电极外,还可生产储氢设备、磁性物质、超导材料。

 

4) 沉积的材料表面呈纳米化状态

 

该技术采用液相分散喷雾合成法,是用超声波分散纳米颗粒,并配以水溶性粘接剂,形成含纳米颗粒的糊状材料,经系统烘干后实现喂料。通过将材料快速加热使其表面熔化或相变温度,再急剧冷却,通过动力学控制来提高形核率,抑制晶粒长大速率,从而在材料的表面获得纳米晶组织。因此,该技术可在膜涂层表面形成微孔材料,并可将材料表面纳米化(50-200nm)。

 

项目应用:HPVDS技术在电池制备方面的应用

HPVDS技术的主要用途之一是用于生产电池的电极:该技术可用来制备具有快速充放电的锂离子电池的纳米结构电极。这种电极可以用于制造电动汽车的电池,也可用于制造成本很低的超薄的一次和二次的普通用途电源等。

 

采用该技术所制作的电池电极极片性能非常好,并且使得介质与极片之间完全结和在一起,几乎不可能分离。与传统技术相比,该技术可大大提高电极沉积材料的密度,因此,可使电池的体积大大缩小。另外,由于可在涂层表面形成微孔,可以极大地增加极片表面的比表面积,从而大大提高电池的性能。经过实验可证明,采用此技术所制作的极片用在蓄电池方面,可保证在多次(1000次以上)充放电的情况下,其原有的容量几乎变化。而一般的情况下,在充放电300次以上时,电池的容量将会大大降低。

 

采用该技术也能够以低廉的成本生产出高性能的固体电池。而目前传统的方法还无法有效地应用在固体电池的生产方面。

 

我们采用该技术制备了锂离子电池的阴极和阳极,经过测试具有良好的电化学特性。下面我们是采用该技术所制备的锂离子电池的阴极和阳极,匹配的电极主要有:

 

A组:阴极-- LiMn2O4,阳极—LTO

B组:阴极-- LiMn2O4,阳极—SiO

C组:阴极—LiFePO, 阳极—SiO

D组:阴极-- LiMn2O4,阳极—Li

E组:阴极-- LiCoO2, 阳极—Li

 

 

制备的阴极和阳极电化学特性如下:

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