СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА С ОКИСНО-НИКЕЛЕВЫМ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ И КАДМИЕВЫМ ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДАМИ

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА С ОКИСНО-НИКЕЛЕВЫМ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ И КАДМИЕВЫМ ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДАМИ


RU (11) 2280298 (13) C2

(51) МПК
H01M 10/24 (2006.01)
H01M 10/28 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.07.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004123702/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.08.02 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.08.02 
(43) Дата публикации заявки: 2006.01.27 
(45) Опубликовано: 2006.07.20 
(56) Аналоги изобретения: RU 94013369 A1, 10.12.1995. RU 2176425 C2, 27.11.2001. GB 2115216 A1, 01.09.1983. DE 3822539 A1, 10.01.1990. 
(72) Имя изобретателя: Гудимов Николай Леонидович (RU); Ковалев Александр Николаевич (RU); Потанин Андрей Васильевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Федеральное государственное унитарное предприятие Уральский электрохимический комбинат (RU) 
(98) Адрес для переписки: 624130, Свердловская обл., г. Новоуральск, ул. Дзержинского, 2, ФГУП УЭХК, технический отдел, С.Б. Афанасьеву 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА С ОКИСНО-НИКЕЛЕВЫМ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ И КАДМИЕВЫМ ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДАМИ

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов с безламельными электродами. Согласно изобретению способ изготовления щелочного герметичного аккумулятора с окисно-никелевым положительным и кадмиевым отрицательным электродами включает пропитку пористых никелевых основ в растворах активных солей и щелочи, формирование электродов в щелочном электролите или термообработку, сборку электродного блока из положительного электрода, сепаратора и отрицательного электрода, установку блока в корпус и заправку аккумулятора электролитом. Количество электролита для заправки аккумулятора vзапр вычисляют из выражения



в которое входят объем пор сепаратора, определяемый по данным измерения его объема vсеп и щелочеудержания Мэл взятого для заправки водного раствора едкого калия плотностью эл, и сумма объемов пор положительного и отрицательного электродов, помноженная на коэффициент заправки Кзапр , причем Кзапр берут равным от 0,7 до 0,9. Для расчета объема пор электродов определяют объем (v+ и v -), пористость (П+ и П-), толщину ( и ) и массу ( и ) электродов до пропитки, массу ( и ), толщину ( и ) электродов после заключительной операции их изготовления, используя справочные величины плотности материала активных масс ( + и -) готовых к сборке электродов. Техническим результатом изобретения является повышение емкости аккумулятора и стабильности электрических характеристик. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов с безламельными электродами.

Известны способы изготовления щелочного герметичного аккумулятора (см. [1] - В.В.Теньковцев, Б.И.Центер. Основы теории и эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов. Ленинград, Энергоатомиздат, 1985) с окисно-никелевым положительным и кадмиевым отрицательным электродами путем многократной последовательной пропитки пористых никелевых электродных основ в растворах солей никеля и кадмия соответственно и в щелочи, формирования электродов, сборки блока из положительного электрода, сепаратора и отрицательного электрода, установки блока в корпус и заливки электролитом, в качестве которого берется водный раствор едкого кали с добавлением гидроокиси лития.

Недостатком известного способа является то, что выбор состава и концентрации электролита производится с учетом различных факторов, зачастую являющихся противоречивыми; для определения же оптимального количества электролита требуется исследование порометрических кривых электродов и сепарации в координатах «электролитосодержание - радиус пор» и построение кривых затопления, т.е. зависимостей «поляризация - электролитосодержание» для отрицательных электродов и сепарации, что представляет собой сложную и трудоемкую работу.

В качестве прототипа выбран способ изготовления щелочного герметичного аккумулятора (см. [2] - Патент РФ № 2176425, Н 01 М 4/28, Пр. 12.10.1999) с окисно-никелевым положительным и кадмиевым отрицательным электродами, включающий заполнение пористой спеченной никелевой основы необходимым количеством соответствующей активной массы путем пропитки ее в растворе азотнокислого никеля или кадмия, сушки, обработки в растворе щелочи, промывки и сушки, формирование в щелочном электролите в режиме «заряд-разряд» или термообработку, сборку блока из положительного электрода, сепаратора и отрицательного электрода, установку блока в корпус и заливку заданным количеством электролита с заданной плотностью.

Недостатком способа является то, что изготовленные по нему герметичные аккумуляторы не всегда обладают требуемой стабильностью электрических характеристик при циклировании.

Заявляемый способ позволяет решить задачу обеспечения наиболее высокой емкости аккумуляторов с использованными для их сборки электродами, устойчивости электрических характеристик при циклировании и сохранности заряда при длительном хранении в заряженном состоянии.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе изготовления щелочного герметичного аккумулятора с окисно-никелевым положительным и кадмиевым отрицательным электродами, включающем пропитку пористых никелевых основ в растворах активных солей и щелочи, формирование электродов в щелочном электролите или термообработку, сборку электродного блока из положительного электрода, сепаратора и отрицательного электрода, установку блока в корпус и заправку аккумулятора электролитом, согласно заявляемому техническому решению, количество электролита для заправки аккумулятора вычисляют из выражения



где Vзапр - объем электролита для заправки аккумулятора, см3;

Vсеп - объем сепаратора, см3;

эл - плотность электролита, г/см3 ;

Мэл - щелочеудержание водного раствора едкого кали плотностью эл в пересчете на 1 см3 сепарационного материала, г;

V+ и V- - объем соответственно положительного и отрицательного электродов до пропитки, см 3;

П+ и П- - пористость соответственно положительного и отрицательного электродов до пропитки;

и - толщина соответственно положительного и отрицательного электродов до пропитки, мкм;

и - толщина соответственно положительного и отрицательного электродов после заключительной операции (формирования либо термообработки, подпрессовки или прокатки в валках) перед сборкой в электродный блок, мкм;

и - масса соответственно положительного и отрицательного электродов до пропитки, г;

и - масса соответственно положительного и отрицательного электродов после заключительной операции (формирования либо термообработки), г;

+ и - - справочная величина плотности материала активной массы соответственно положительного и отрицательного электродов после заключительной операции (формирования либо термообработки), г/см3;

Кзапр - коэффициент заправки, который берут равным от 0,7 до 0,9.

Предлагаемый способ позволяет рассчитывать количество электролита, необходимого для заправки аккумулятора, исходя из суммарного объема пор пористых элементов, входящих в состав электродного блока, который вычисляется по данным определения щелочеудержания сепарационного материала и результатам взвешивания и измерения геометрических параметров электродов в начале технологического процесса их изготовления и после его завершения, без применения каких-либо сложных и трудоемких методов исследований, причем выведенное выражение для расчета объема заправки учитывает изменения, которые происходят с активной массой и геометрией электродов в процессе изготовления и завершаются перед операцией сборки. Это дает возможность определения оптимального объема заправки, что, в свою очередь, обеспечивает минимальную потерю электрической емкости при установке электродов в герметичный аккумулятор и высокую стабильность характеристик при циклировании.

В таблице 1 приведены результаты работ по экспериментальному обоснованию выбранных режимов изготовления герметичных аккумуляторов по предлагаемому способу.



Работы проводились с аккумуляторами KR 15/51 (тип АА) с номинальной емкостью 0,6 А·ч. Аккумуляторы комплектовались окисно-никелевыми и кадмиевыми электродами размером (82?41?0,525) мм и (102?41?0,540) мм соответственно. После пропитки окисно-никелевые электроды подвергались электрохимическому формированию в щелочном электролите в режиме «заряд-разряд», кадмиевые - термообработке в среде водорода. При сборке аккумуляторов использовалась сепарационная ткань фирмы VARTA FS размером (180?43?0,16) мм; щелочеудержание ее при испытании в водном растворе едкого кали плотностью 1,28 г/см3 составило 0,8 г раствора на 1 см3 материала. Плотность электролита была выбрана с учетом потери влаги при термообработке электродов. При расчете объема заправки за плотность положительной активной массы была принята справочная величина по гидроокиси никеля (4,1 г/см3), отрицательной активной массы - величина, полученная усреднением справочных значений плотности оксида кадмия двух модификаций (7,55 г/см 3). Пористость электродов до пропитки (П+ и П-) определялась исходя из результатов взвешивания и измерения габаритов электродных основ с использованием справочной величины плотности никеля.

Аккумуляторы были испытаны циклированием в режиме «заряд током 60 мА в течение 16 часов - разряд током 120 мА до конечного напряжения 1 В». В таблице для удобства приведены значения емкости аккумуляторов только на первом, пятом циклах и далее через каждые пять циклов.

Как следует из таблицы 1, заправка электролитом с выбранным диапазоном значений К запр (от 0,7 до 0,9) обеспечивает изготовление аккумуляторов с требуемыми разрядными характеристиками при высокой стабильности их в ходе циклирования (см. табл., оп.2?4). Заправка с величиной Кзапр менее 0,7 (оп.1) и более 0,9 (оп.5) приводит к снижению емкости аккумуляторов, поскольку в первом случае аккумуляторы работают в условиях дефицита, во втором - в условиях избытка электролита; и то, и другое снижают коэффициент использования активной поверхности электродов. Кроме того, дефицит электролита в аккумуляторах с низким коэффициентом заправки растет от цикла к циклу из-за коррозионных процессов, протекающих на положительном электроде и требующих расходования воды, что приводит к снижению емкости при циклировании аккумуляторов (см. табл., оп.1). Что касается аккумуляторов с избытком электролита (см. табл., оп.5), то на большей их части в самом начале цитирования были обнаружены следы щелочи, которая выделилась в местах уплотнения и на предохранительном клапане из-за повышенного давления, возникшего в аккумуляторах вследствие ухудшения условий для реализации рекомбинационных процессов.

Пример 1. Для сборки аккумуляторов KR 15/51 (тип АА) были взяты окисно-никелевые и кадмиевые электроды размером (82?41?0,54) мм и (102?41?0,44) мм соответственно и сепарационная ткань FS размером (180?43?0,16) мм с объемом пор (по данным измерения щелочеудержания), равным 0,76 см3. Окисно-никелевые электроды изготавливались пропиткой электродной никелевой основы с пористостью 69% сначала в водном растворе азотнокислого никеля с последующей сушкой, выдержкой в растворе гидроксида калия, промывкой в воде и сушкой (всего 4 цикла пропитки), затем в растворе азотнокислого кобальта также с сушкой, обработкой в растворе щелочи, промывкой и сушкой (1 цикл). Суммарный привес активной массы составил 1,4 г/см 3. Кадмиевые электроды изготавливались многократной (6 циклов) пропиткой электродной основы с пористостью 72% в растворе азотнокислого кадмия с последующей сушкой, обработкой в растворе щелочи, промывкой и сушкой. Привес активной массы составил 2 г/см3. Окисно-никелевые электроды после завершения операции пропитки подвергались термообработке на воздухе при температуре 200°С, кадмиевые электроды - в атмосфере водорода при температуре 270°С. Толщина электродов после операции термообработки доводилась до рабочих значений путем подкатки в валках.

Содержание активной массы в готовых к сборке положительных электродах, вычисленное по разнице массы электродов после термообработки и до пропитки, составило в среднем 2,25 г/шт., в отрицательных электродах - 4,35 г/шт. После установки в корпус скрученных в рулоны электродных блоков производилась заправка электролитом, затем сборка герметичных аккумуляторов. Заправка осуществлялась водным раствором едкого кали с плотностью 1,27 г/см3 в количестве 1,8 см3 на аккумулятор. При расчете объема заправки коэффициент Кзапр был принят равным 0,8.

Часть электродов была использована для сборки аккумуляторов по способу прототипа, для чего аккумуляторы заправлялись электролитом плотностью 1,32 г/см3 в объеме 1,6 см3. Аккумуляторы были испытаны циклированием по режиму «заряд током 60 мА в течение 16 часов - разряд током 120 мА до конечного напряжения 1 В» и на сохранность заряда (только аккумуляторы, изготовленные по предлагаемому способу) в соответствии с ГОСТ 26367.1-93 (разряд током 120 мА до напряжения 1 В после хранения в заряженном состоянии в течение 28 суток при разомкнутой цепи и температуре 20°С). Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты испытаний аккумуляторов 
№№ п.п Способ изготовления аккумуляторов Количество циклов Емкость, А·ч Емкость после хранения аккумуляторов в течение 28 суток, А·ч 
в начале циклирования в конце циклирования 
1 Предлагаемый 25 0,620 0,614 0,523 
2 Известный (прототип) 15 0,601 0,552 
Требования ГОСТ 26367.1-93 0,570 А·ч 0,390 А·ч 


Как видно из таблицы, предлагаемый способ изготовления обеспечивает высокие разрядные характеристики аккумуляторов и стабильность их при циклировании, а также сохранность заряда при длительном хранении аккумуляторов в заряженном состоянии, что свидетельствует о хорошо сбалансированном соотношении объема заправляемого в аккумулятор электролита, полученного расчетным путем, с одной стороны, и суммарного объема пор электродов и сепаратора, составляющих электродный блок, с другой.

Источники информации

1 В.В.Теньковцев, Б.И.Центер. Основы теории и эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов. Ленинград, Энергоатомиздат, 1985.

2 Патент РФ № 2176425, кл. МПК 7, Н 01 М 4/28, Пр. 12.10.1999.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ изготовления щелочного герметичного аккумулятора с окисно-никелевым положительным и кадмиевым отрицательным электродами, включающий пропитку пористых никелевых основ в растворах активных солей и щелочи, формирование электродов в щелочном электролите или термообработку, сборку электродного блока из положительного электрода, сепаратора и отрицательного электрода, установку блока в корпус и заправку аккумулятора электролитом, отличающийся тем, что количество электролита для заправки аккумулятора вычисляют из выражения



где vзапр - объем электролита для заправки аккумулятора, см3;

vсеп - объем сепаратора, см3;

эл - плотность электролита, г/см3 ;

Мэл - щелочеудержание водного раствора едкого калия плотностью эл в пересчете на 1 см3 сепарационного материала, г/см3;

v+ и v- - объем соответственно положительного и отрицательного электродов до пропитки, см3;

П+ и П- - пористость соответственно положительного и отрицательного электродов до пропитки;

и - толщина соответственно положительного и отрицательного электродов до пропитки, мкм;

и - толщина соответственно положительного и отрицательного электродов после заключительной операции (формирования либо термообработки, подпрессовки или прокатки в валках) перед сборкой в электродный блок, мкм;

и - масса соответственно положительного и отрицательного электродов до пропитки, г;

и - масса соответственно положительного и отрицательного электродов после заключительной операции (формирования либо термообработки), г;

+ и - - справочная величина плотности материала активной массы соответственно положительного и отрицательного электродов после заключительной операции (формирования либо термообработки), г/см3;

Кзапр - коэффициент заправки.

2. Способ изготовления щелочного герметичного аккумулятора с окисно-никелевым положительным и кадмиевым отрицательным электродами по п.1, отличающийся тем, что Кзапр берут равным от 0,7 до 0,9.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru