Сведения о ходе выполнения проекта в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 26.08.2014 № 14.574.21.0099 по теме: «Разработка научно-технических решений по созданию тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов на основе нанокомпозитов кремния и высших оксидов ванадия, обладающих повышенной удельной емкостью и скоросью зарядки» с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 26.08.2014 г. по 31.12.2014 г. выполнялись следующие работы:

Работы, выполненные за счет средств субсидии:

По п. 1.1. ПГ:

Составлен аналитический обзор научных информационных источников, посвященный исследованию направлений работ в области тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов. Проанализировано 396 научно-информационных источников за период 1981 – 2013 г.г. и определены наиболее перспективные направления исследований.

По п. 1.2. ПГ:

1.2.1. Проведены патентные исследования. Проанализированы 1052 патента, из которых отобраны 65 патентов, представляющих определенный интерес для выполнения настоящей работы. Сделан вывод, что ни один из опубликованных патентов не является препятствием для разработки тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов, предусмотренных техническим заданием на работу.

1.2.2. По результатам патентных исследований выбрана электрохимическая система и составлен план экспериментальных исследований по разработке физических основ технологии изготовления тонкопленочных электродов литий-ионных аккумуляторов в соответствии с выбранной электрохимической системой.

По п. 1.3. ПГ:

Проведены предварительные эксперименты по магнетронному напылению тонкопленочных электродов:

• отрицательных - на основе нанокомпозита Si-O-Al;

• положительных - на основе высших оксидов ванадия контролируемого фазового состава и толщины.

Работы, выполненные за счет внебюджетных средств:

По п. 1.4. ПГ:

Отработана технология очистки поверхности титановой фольги. По результатам отработки составлен технологический регламент очистки и подготовки металлической фольги для напыления ванадия.

По п. 1.5. ПГ:

На основе выбранной электрохимической системы выполнен расчет оптимальных вариантов экспериментальных образцов тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов емкостью 400.

По п. 1.6. ПГ:

Выполнена корректировка технологического процесса напыления тонкопленочных анодов на основе кремния. Технология магнетронного напыления отрицательных электродов, разработанная для установки Оратория 22 в ходе предварительных экспериментов, была скорректирована под оборудование Индустриального партнера – установки МАГНА ТМР. Разработан технологический маршрут изготовления анодных нанокомпозитных пленок состава Si-O-Al на титановой фольге на установке МАГНА ТМР.

По п. 1.7. ПГ:

На установке МАГНА ТМР выполнены предварительные исследования влияния пара-метров напыления на морфологию и фазовый состав тонкопленочных отрицательных электродов Si-O-Al.

При этом были получены следующие результаты:

Научно-технические результаты Промежуточный отчет о ПНИ, содержащий:

а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;

б) обоснование выбора направления исследований, методов и средств изготовления тонкопленочных электродов на основе наноструктурированных литированных оксидов для положительного электрода и сложных кремнийсодержащих нанокомпозитов для отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора;

Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96.

Технологический регламент на очистку и подготовку металлической фольги для напыления ванадия для изготовления тонкопленочных положительных электродов.

Результаты экспериментальных исследований образцов тонкопленочных электродов.

Основные характеристики полученных результатов:

Аналитический обзор содержит 396 научных информационных источников в области тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов за период 1981 – 2014 г.г. Проанализированы 1052 патента, из которых отобраны 65 патентов, представляющих интерес для выполнения на-стоящей работы.

Выполнены выбор и обоснование направления исследования, в том числе:

• составлен отчет о патентных исследованиях в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.

• составлен план экспериментальных исследований по разработке физических основ технологии изготовления тонкопленочных электродов литий-ионных аккумуляторов в соответствии с выбранной электрохимической системой.

Проведены предварительные эксперименты по магнетронному напылению материалов тонкопленочных электродов контролируемого фазового состава и толщины.

Отработана технология (существующая) очистки и подготовки металлической фольги для напыления ванадия (за внебюджетные средства).

Выполнен расчет оптимальных вариантов экспериментальных образцов литий-ионных аккумуляторов (за внебюджетные средства).

Выполнена корректировка технологического процесса напыления тонкопленочных анодов на основе кремния (за внебюджетные средства).

Проведены предварительные исследования влияния параметров напыления на морфологию и фазовый состав тонкопленочных электродов (за внебюджетные средства).

Новизна

Все научные результаты и технологические решения являются новыми и соответствуют требованиям к выполняемому проекту.

Сопоставление полученных результатов с данными аналитического обзора свидетельствует о соответствии результатов ПНИ мировому уровню. По результатам 1-го этапа ПНИ разработана и внедрена рулонная технология для опытного производства отрицательного электрода тонкопленочного литий ионного аккумулятора, обладающего рекордными на сегодняшний день емкостными характеристиками. Таким образом, уровень технических решений по созданию отрицательного электрода тонкопленочного ЛИА превосходит мировой уровень.

В качестве задела ко второму и третьему этапам работ по проекту Получателем субсидии выполнены экспериментальные исследования возможности создания литий-ионного аккумулятора на основе выбранной электрохимической системы. В рамках этих исследований проведены испытания макета аккумулятора, результаты которых свидетельствуют о перспективности проводимых исследований и целесообразности продолжения работ по проекту.

Мероприятия по демонстрации и популяризации результатов и достижений науки:

Основные научно-технические результаты были представлены:

• на Фестивале науки Ярославской области