СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКИСНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКИСНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА


RU (11) 2140120 (13) C1

(51) 6 H01M4/26, H01M4/52 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - действует 

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

(21) Заявка: 98114596/09 
(22) Дата подачи заявки: 1998.07.17 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.07.17 
(45) Опубликовано: 1999.10.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Негеевич В.М. Оптимизация состава и стабилизация технологических свойств активных масс никель-кадмиевого аккумулятора. - Днепропетровск: Днепропетровский химико- технологический институт им.Ф.Э.Дзержинского, 1990, с.13- 18. US 4551358 A, 05.11.85. US 4844948 A, 04.07.89. RU 2080694 C1, 27.05.97. 
(71) Заявитель(и): Уральский электрохимический комбинат 
(72) Автор(ы): Гудимов Н.Л.; Ковалев А.Н.; Хлыбова З.А. 
(73) Патентообладатель(и): Уральский электрохимический комбинат 
Адрес для переписки: 624130, Свердловская обл., Новоуральск, ул.Дзержинского, 2, УЭХК, патентное бюро 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКИСНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных аккумуляторов с безланельными электродами. Согласно изобретению способ изготовления окисно-никелевого электрода щелочного аккумулятора, включающий пропитку пористой никелевой основы в растворах солей никеля и кобальта, сушку, обработку в растворе щелочи, промывку и сушку, причем пропитку сначала производят в растворе смесей солей никеля и кобальта при соотношении Co/Ni, равном 0,02-0,08, а после достижения привеса активной массы 1,0-1,4 г/см3 производят, по крайней мере, еще один цикл пропитки в растворе только соли кобальта. Техническим результатом изобретения является улучшение разрядных характеристик при сохранении стабильности. 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных аккумуляторов с безламельным электродом.

Известны способы изготовления окисноникелевых электродов щелочного аккумулятора (см. 1 - Патент РФ H 01 M 4/80, 10/28, N 2080694. Пр. 07.07.93) путем пропитки пористой спеченной никелевой основы в растворе азотнокислого никеля, сушки на воздухе, обработки в растворе щелочи, промывки в воде и сушки. Перечисленные операции повторяют несколько раз, после чего производят пропитку в растворе азотнокислого кобальта, сушат на воздухе, обрабатывают в растворе щелочи, промывают и сушат. Кобальт вносится в активную массу электродов как диспергирующая и стабилизирующая присадка. После завершения операции пропитки электроды подвергаются формирование путем проведения нескольких циклов "заряд-разряд" в щелочном электролите, затем промываются и сушатся.

Недостатком известного способа является то, что электроды имеют невысокую стабильность электрической емкости при циклировании в режиме "заряд-разряд".

В качестве прототипа выбран способ изготовления окисноникелевых электродов (см. 2 - В.М. Негеевич "Оптимизация состава и стабилизация технологических свойств активных масс никелькадмиевого аккумулятора". Издательство Днепропетровского химико-технологического института им. Ф.Э. Дзержинского. Днепропетровск, 1990 г., стр. 13-18), характеризующийся тем, что добавку кобальта в активную массу электрода вносят путем соосаждения гидроокисей никеля и кобальта, для чего пропитку производят в растворе смеси одноименных (например, азотнокислых, сернокислых) солей этих металлов.

Недостатком способа является то, что изготовленные по нему электроды, как показал эксперимент, вследствие равномерного распределения незначительных количеств добавки кобальта в объеме активной массы имеют невысокие электрические характеристики на начальных циклах работы электрода. Причиной этого является крайне низкая электропроводность гидроксида никеля, в связи с чем электропроводность активной массы в процессе разряда вначале постепенно, а затем резко падает по мере уменьшения соотношения Ni+3/Ni+2. В конечном итоге это приводит к неполному разряду активной массы и к снижению коэффициента использования никеля в электроде.

Заявляемый способ позволяет решить задачу улучшения разрядных характеристик электродов при сохранении высокой стабильности их в процессе циклирования.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе изготовления окисноникелевого электрода, включающем внесение в пористую спеченную никелевую основу гидроксидов никеля и кобальта путем многократно повторяющихся циклов пропитки ее в растворах солей этих металлов, сушки, обработки в растворе щелочи, промывки и сушки, согласно заявляемому техническому решению, пропитку сначала производят в растворе смеси солей никеля и кобальта при соотношении Co/Ni, равном 0,02 - 0,08, а после достижения привеса активной массы 1,0-1,4 г/см3 производят по крайней мере еще один цикл с пропиткой в растворе только соли кобальта.

Введение добавки кобальта в активную массу путем пропитки в растворе смеси солей никеля и кобальта с последующим соосаждением их гидроксидов обработкой в растворе щелочи обеспечивает образование изоморфной смеси и, вследствие равномерного распределения в объеме активной массы, высокую эффективность стабилизирующего воздействия этой добавки на работу окисноникелевого электрода.

Использование же на завершающем цикле пропитки вместо ванны с раствором смеси солей ванны с раствором только соли кобальта приводит к осаждению на поверхности частиц активной массы его гидроксида, что обеспечивает за счет высокой электропроводности этого вещества снижение переходного элеткросопротивления как в объеме активной массы, так и между ее частицами и никелевым каркасом электрода, более глубокий разряд электрода, а следовательно, повышение коэффициента использования никеля и, в конечном итоге, рост электрической емкости окисноникелевого электрода.

В табл. 1 приведены результаты работ по экспериментальному обоснованию выбранных режимов изготовления окисноникелевых электродов по предлагаемому способу.

Работы проводились с электродами размером (82х41х0,56) мм. Испытания электродов производились циклированием в режиме "заряд током 80 мА в течение 16 часов - разряд током 160 мА до 1 В относительно кадмиевого электрода". Для удобства рассмотрения в таблице представлены значения емкости на первом и двенадцатом циклах и усредненные значения ее на каждом из четырех этапов циклирования, включающих три цикла. Емкость электродов, различающихся привесом активной массы, оценивалась по трем циклам.

Как следует из таблицы, электроды, изготовленные с применением пропиточного раствора смеси солей с соотношением кобальта и никеля менее 0,02 (см. оп. 1), характеризуются невысокой стабильностью электрической емкости при циклировании, что можно объяснять низким содержанием равномерно распределенной в объеме активной массы стабилизирующей присадки. Пропитка в растворе с соотношением металлов выше 0,08 (см. оп. 7) обеспечивает стабильность характеристик электродов при циклировании, однако электроды при этом отличаются низкой начальной емкостью, чем можно объяснить снижение коэффициента использования никеля в электроде при значительных количествах добавки в активную массу кобальта из-за способности последнего удерживать ионы никеля в наиболее устойчивом (Ni+3) состоянии.

Электроды с привесом активной массы, полученным при пропитке в растворе смеси солей, менее 1,0 г/см3 (см. оп. 8) характеризуются пониженной начальной емкостью. Пропитка до привеса активной массы более 1,4 г/см3 (см. оп. 12) нецелесообразна, поскольку не приводит к заметному повышению емкости, а на электродах, вследствие переполнения пористой среды активной массой, появляются признаки разрушения (трещины, отслоение губчатого каркаса от подложки).

Пропитка в растворе смеси солей с соотношением кобальта и никеля в интервале 0,02 - 0,08 с достижением привеса на этой операции до 1,0 - 1,4 г/см3 обеспечивает изготовление электродов с достаточно высокой начальной емкостью, отличающихся высокой стабильностью характеристик при циклировании.

Пример 1. Из электродной основы с пористостью 68%, изготовленной методом двустороннего нанесения на полученную прокатом никелевого порошка ленту-подложку пористостью 9% и толщиной (403): мкм пасты, состоящей из никелевого порошка с размером частиц 2,9 мкм, порообразователя и связующего, с последующей сушкой и спеканием, вырезали электродные пластины размером (112х82х0,68) мм. Пластины подвергали пропитке в водном растворе смеси азотнокислых солей никеля и кобальта. Соотношение кобальта и никеля в растворе при пропитке поддерживалось равным 0,04 - 0,05. Пропитка осуществлялась по режиму: выдержка в растворе солей плотностью (1,65 0,01) г/см3 при температуре (75 5)oC в течение 2 часов, сушка на воздухе два часа, выдержка в растворе гидроксида калия плотность (1,20 0,01) г/см3 при температуре (60-80)oC в течение 1 часа, промывка водой, сушка на воздухе.

Проводили четыре цикла пропитки; суммарный удельный привес активной массы при этом составил 1,32 г/см3. Затем часть пластин для изготовления электродов по прототипу была подвергнута еще одному циклу пропитки в растворе смеси солей; суммарный привес активной массы после этого цикла стал равным 1,4 г/см3. Другая часть пластин была использована для изготовления электродов предлагаемым способом, для чего пластины были подвергнуты одному циклу пропитки в растворе азотнокислого кобальта. Пропитка осуществлялась по режиму: выдержка в растворе азотнокислого кобальта плотностью (1,35-1,40): г/см3 при температуре (18-30)oC в течение 1 ч, сушка на воздухе 2 ч, выдержка в растворе гидроксида калия плотность (1,20 0,01) г/см3 при температуре (18-30)oC в течение 1 ч, промывка водой, сушка на воздухе. Суммарный удельный привес активной массы составил 1,38 г/см3, т.е. такой же, как и при пропитке первой части пластин (по прототипу). Электродные пластины после завершения пропитки формировали в щелочном электролите проведением трех циклов "заряд током 500 мА в течение 8 часов - разряд током такой же величины до напряжения 0,9 В относительно кадмиевого электрода", промывали в воде и сушки на воздухе.

Результаты циклирования электродов размером (56х41) мм, вырубленных из электродных пластин, изготовленных с применением различных способов пропитки, представлены в таблице 2. Циклирование производилось в режиме: заряд током 50 мА (16 часов), разряд током 100 мА до напряжения 0,9 В относительно кадмиевого электрода.

Из данных табл. 2 видно, что предлагаемый способ позволяет, по сравнению с прототипом, заметно (на 15-18%): повысить электрическую емкость окисноникелевых электродов при сохранении высокой стабильности ее в процессе циклирования.

На базе окисноникелевых электродов размером (82х41х0,46) мм, изготовленных по предлагаемому способу, были собраны никелькадмиевые герметичные цилиндрические аккумуляторы типа KRM 15/51 (НКГЦ-0,5).

Аккумуляторы комплектовались кадмиевыми электродами размером (110х41х0,48) мм, электродная основа для них изготавливалась так же, как и для окисноникелевых электродов. Электроды подвергали пропитке в водном растворе азотнокислого кадмия плотностью (1,650,02) г/см3, после сушки на воздухе обрабатывали водным раствором едкого кали, промывали водой и сушили; всего проводили 6 циклов пропитки; суммарный удельный привес активной массы при этом составил 1,8 г/см3. Электроды формировали в щелочном электролите проведением двух циклов "заряд током 250 мА в течение 6 часов разряд током такой же величины до напряжения 0,9 В относительно окисноникелевого электрода", промывали водой и сушили на воздухе.

В качестве сепаратора для сборки аккумуляторов использовался полиамид - 22А. Аккумуляторы были испытаны циклированием в соответствии с ГОСТ 26367.1-93 по режиму "заряд током 50 мА в течение 16 часов - разряд током 100 мА до напряжения 1 В". Всего было проведено 40 циклов; на первом цикле емкость аккумуляторов составила 0,55 Ач, на последнем - 0,54 Ач, т.е. практически не изменилась.

Источники информации

1. Патент РФ H 01 M 4/80, 10/28, N 2080694, 07.07.93.

2. В. М. Негеевич. "Оптимизация состава и стабилизация технологических свойств активных масс никелькадмиевого аккумулятора". Издательство Днепропетровского химико-технологического института им. Ф.Э. Дзержинского. Днепропетровск, 1990 г., стр. 13-18. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ изготовления окисно-никелевого электрода щелочного аккумулятора, включающий пропитку пористой никелевой основы в растворах солей никеля и кобальта, сушку, обработку в растворе щелочи, промывку и сушку, отличающийся тем, что пропитку сначала производят в растворе смеси солей никеля и кобальта при соотношении Co/Ni, равном 0,02 - 0,08, а после достижения привеса активной массы 1,0 - 1,4 г/см3 производят по крайней мере еще один цикл с пропиткой в растворе только соли кобальта.




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