СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОКСИДМАРГАНЦЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОКСИДМАРГАНЦЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА


RU (11) 2145456 (13) C1

(51) 7 H01M4/10, H01M6/16 

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

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

(21) Заявка: 3159297/09 
(22) Дата подачи заявки: 1986.12.31 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1986.12.31 
(45) Опубликовано: 2000.02.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: DE 2835976 B2, 11.06.1981. GB 1349768 A, 10.04.1974. 
(71) Заявитель(и): Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт химических источников тока 
(72) Автор(ы): Фирсов В.В.; Чувашкин А.Н.; Карташов А.В.; Придатко И.А. 
(73) Патентообладатель(и): Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт химических источников тока 
Адрес для переписки: 410015, Саратов, ул.Орджоникидзе 11А, ОАО НИИХИТ, Техническому директору Мартынову С.А. 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОКСИДМАРГАНЦЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве химических источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение механической прочности электрода. Согласно изобретению способ изготовления включает формование из активной массы, содержащей диоксид марганца, сажу, фторопласт и органический растворитель, электродных пластин, сушку их от растворителя на воздухе, напрессовку на перфорированный металлический коллектор с удельным давлением 500 - 1000 кгс/см2 в течение 10-50 с и последующую термообработку готового электрода. 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области химических источников тока (ХИТ) и касается способа изготовления положительного электрода для диоксидмарганецлитиевого ХИТ с апротонным электролитом.

Известны способы изготовления диоксидмарганцевых электродов для литиевых источников тока, согласно которым активная масса наносится на металлический коллектор либо путем прессования порошка (пат.ФРГ N 2835976, H 01 M 6/16 от 21.02.80 г. ), либо намазкой пасты с последующей сушкой и термообработкой электродов. Однако указанные способы имеют ряд существенных недостатков.

Электроды, изготовленные прессованием сухих порошков, имеют низкую механическую прочность и относительно высокое электрическое сопротивление активной массы из-за неплотного контакта и слабой связанности между собой частиц активной массы: диоксида марганца, сажи, фторопластового связующего. Такой способ применяется главным образом при изготовлении маломощных пуговичных источников тока. Изготовление электродов с применением жидкой легкотекучей водной пасты позволяет увеличить площадь контактирующей поверхности частиц диоксида марганца и сажи, надежно скрепить их между собой частицами фторопласта, однако требуется длительный и сложный режим термообработки электродов для удаления избытка вода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления электродов согласно патенту Великобритании N 1349768, H 01 M 15/06 от 10.04.74 г., включающий приготовление активной массы в виде пластичной пасты, замешанной на органическом растворителе, нанесение ее с двух сторон на металлический коллектор, прессование электродов в прямоугольной пресс-форме удельным давлением 4,5...5,0 кгс/см2 с целью удаления органического растворителя и формовки активной массы, сушку электродов на воздухе и последующую термообработку при 300oC.

Применение вязкой пластичной пасты позволяет повысить технологичность изготовления диоксидмарганцевого электрода, поскольку наблюдается самопроизвольное стекание пасты при нанесении ее на коллектор, а продолжительность сушки от органического растворителя в 3-5 раз меньше, чем от воды.

Однако рассмотренный способ не позволяет достичь высокой плотности активной массы и, следовательно, оптимальной концентрации активного вещества в единице объема электрода, что в свою очередь вызывает снижение электрических характеристик диоксидмарганцевого электрода. Поскольку активная масса по своим физико-механическим свойствам близка к мягкому пластилину, повысить давление прессования в данном случае невозможно из-за выдавливания пластичной массы из пресс-формы, сопровождающегося изменением габаритных размеров и значительным ухудшением электрических и механических свойств электрода.

Целью настоящего изобретения является увеличение механической прочности и повышение плотности активной массы диоксидмарганцевого электрода и, следовательно, удельной объемной емкости и энергии диоксидмарганецлитиевого ХИТ.

Цель достигается тем, что из вязкой пластичной массы диоксидмарганцевого электрода, изготовленной путем раздельного смешивания порошков диоксида марганца и сажи в состоянии псевдоожижения, последующего введения в сухую смесь водной суспензии фторопласта, сушки пасты и введения в нее органического растворителя, формуют электродные заготовки, сушат их на воздухе и напрессовывают на перфорированный металлический коллектор в виде высушенных от органического растворителя электродных заготовок-карточек удельным давлением 500-1000 кгс/см2 в течение 10-50 с.

Активная масса представляет собой вязкую пластичную пасту, близкую по своим физико-механическим параметрам к мягкому пластилину, и способна под воздействием небольших усилий принимать ту или иную форму или раскатываться в листы, поэтому из нее можно легко сформовать электродную заготовку, например, в пресс-форме или вырубить в виде карточки из предварительно раскатанного листа. В процессе последующей сушки электродной заготовки от органического растворителя физико-механические свойства активной массы изменяются: она превращается в эластичную каучукоподобную массу со слабовыраженными пластичными свойствами. Соответственно механическая прочность на разрыв возрастает у электродной заготовки более чем в 5 раз. Активная масса высушенной заготовки теряет способность растекаться по поверхности коллектора или выдавливаться из пресс-формы.

Под действием сил давления, направленных перпендикулярно плоскости электрода, происходит нанесение активной массы на коллектор и уплотнение пористой матрицы диоксидмарганцевого электрода, состоящей из частиц сажи, скрепленных фторопластовым связующим. Наряду с увеличением количества диоксида марганца в единице объема активной массы, при прессовании увеличивается площадь контакта частиц диоксида с сажей, что обусловливает снижение внутреннего электрического сопротивления диоксидмарганцевого электрода.

Методами Брунауэра - Эммета - Теллера и контактной эталонной порометрии определено, что удельная поверхность активной массы после прессования увеличивается от 30 до 38 - 40 м2/г вследствие изменения пористой структуры диоксидмарганцевого электрода, сопровождающегося увеличением доли мелких пор (диаметром 30-100 ангстрем) в единице объема активной массы. Увеличение количества активного вещества в активной массе и структурные изменения диоксидмарганцевого электрода находят отражение в повышении таких электрических параметров ХИТ, как объемная емкость и разрядное напряжение. В условиях разряда источника тока на постоянную нагрузку увеличение поверхности активной массы положительных электродов и снижение внутреннего электрического сопротивления эквивалентно снижению фактической плотности разрядного тока, что находит отражение в увеличении коэффициента использования активного вещества на 4-6% по сравнению с электродом, изготовленным согласно прототипу при удельном давлении прессования 5 кгс/см2. Вследствие повышения количества активного вещества в единице объема активной массы и увеличения коэффициента использования удельная энергоемкость электрода возрастает на 50-55%.

Выбор технологического режима напрессовки активной массы произведен на основании экспериментальных работ. Из таблицы 1 видно, что наибольшее уплотнение активной массы происходит в интервале удельных давлений до 500 кгс/см2. Дальнейшее повышение давления (до 2000 кгс/см2) незначительно увеличивает плотность активной массы, однако из-за потери эластичности и повышения хрупкости активной массы давление прессования нецелесообразно поднимать выше 1000 кгс/см 2.

Структурные изменения активной массы, отпрессованной давлением 2000 кгс/см2, находят отражение и в ухудшении электрических характеристик: снижении разрядного напряжения ИТ, уменьшении коэффициента использования активного материала.

Оптимальным давлением прессования при изготовлении диоксидмарганцевого электрода является 700 кгс/см2.

Высокая эластичность активной массы вызывает необходимость выбора времени прессования электрода, т.е. продолжительности выдержки электрода при заданном давлении. При выборе времени прессования оценивались такие показатели, как плотность активной массы до и после термообработки электродов и ее хрупкость.

Установлено, что минимально необходимое время эффективного прессования составляет 10 c, а оптимальное - 10 - 50 с. Дальнейшее увеличение продолжительности прессования нецелесообразно, поскольку не улучшает характеристик электрода.

Пример 1. Приготовление активной массы.

425 г Диоксида марганца и 50 г сажи перемешали в лопастном смесителе. В полученную смесь при перемешивании ввели водную суспензию, содержащую 25 г фторопласта. Водную пасту высушили и пропитали гептаном. Полученную активную массу сформировали в виде заготовок прямоугольной формы, по площади соответствующих коллектору тока.

Заготовки просушили на воздухе и напрессовали с двух сторон на перфорированный металлический коллектор суммарной площадью 18,4 см2.

Удельное давление прессования 500 кг/см2, время прессования 30 с.

Электрод термообработали при 300oC в течение 30 минут. Вес активной массы на электроде составил 4,44 г при толщине ее слоя 2,39 мм. Плотность активной массы составила 2,02 г/см2. Полученный электрод зашили в сепаратор из полипропилена, после чего произвели сборку элемента системы диоксид марганца-литий, заливку элемента электролитом и его герметизацию.

Разряд проводили током 20 А до конечного напряжения 2 B при температуре окружающей среды (202)oC. При разряде реализовано 998 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,56 B.

Удельная емкость активной массы электрода составила 454 А ч/л, а удельная энергия - 1164 Втч/л.

Пример 2. Диоксидмарганцевый электрод изготовили и испытали аналогично способу, приведенному в примере 1.

Удельное давление прессования составило 1000 кг/см2. Вес активной массы на электроде составил 4,63 г при толщине ее слоя 2,41 мм.

Плотность активной массы 2,09 г/см3.

При разряде реализовано 1038 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,52 B.

Удельная емкость активной массы электрода составила 468 Ач/л, а удельная объемная энергия - 1179 Втч/л.

Пример 3. Диоксидмарганцевый электрод изготовили и испытали аналогично способу, приведенному в примере 1.

Удельное давление прессования составляло 300 кг/см2.

Вес активной массы на электроде составил 4,36 г при толщине ее слоя 2,43 мм.

Плотность активной массы составила 1,95 г/см3.

При разряде реализовано 968 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,51 B.

Удельная емкость активной массы электрода составила 433 Ач/л, а удельная объемная - 1086 Втч/л.

Пример 4. Диоксидмарганцевый электрод изготовили и испытали аналогично способу, приведенному в примере 1.

Удельное давление прессования составляло 2000 кг/см2. Вес активной массы на электроде составил 4,74 г при толщине ее слоя 2,42 мм.

Плотность активной массы составила 2,13 г/см3.

У значительной части - до 50% - электродов, отпрессованных данным давлением, наблюдались отслоения и сколы активной массы под воздействием деформаций в процессе сборки ХИТ.

При разряде реализовано 1024 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,50 В.

Удельная весовая емкость активной массы электрода составила 460 Ач/л, а удельная объемная энергия - соответственно 1150 Втч/л.

Пример 5. 425 г Диоксида марганца и 50 г сажи перемешали в лопастном смесителе. В полученную смесь при перемешивании ввели суспензию, содержащую 25 г фторопласта. Водную пасту высушили и пропитали гептаном. Полученную активную массу напрессовали с двух сторон на перфорированный металлический коллектор с суммарной площадью 18,4 см2.

Согласно прототипу удельное давление прессования составляло 5 кг/см2, время прессования - 30 с, электрод высушили на воздухе и термообработали при 300oC в течение 30 мин.

Вес активной массы на электроде составил 3,10 г при толщине слоя ее 2,40 мм.

Плотность активной массы составила 1,40 г/см3.

Полученный электрод зашили в сепаратор из полипропилена, после чего произвели сборку элемента системы литий-диоксид марганца, заливку электролитом и герметизацию элемента.

Разряд проводили током 20 А до конечного напряжения 2 В при температуре окружающей среды (202)oC.

При разряде реализовано 669 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,49 В.

Удельная весовая емкость активной массы электрода составила 302 Ач/л, а удельная объемная энергия - соответственно 753 Втч/л.

Пример 6. Диоксидмарганцевый электрод изготовили и испытали согласно способу, приведенному в примере 1.

Удельное давление прессования составляло 700 кгс/см2.

Время прессования 30 с.

Вес активной массы на электроде составил 4,59 г при толщине ее слоя 2,42 мм.

Плотность активной массы составила 2,06 г/см3.

При разряде реализовано 1026 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,56 В.

Удельная емкость активной массы 461 Ач/л, а удельная объемная энергия - соответственно 1181 Втч/л.

Пример 7. Диоксидмарганцевый электрод изготовили и испытали согласно способу, приведенному в примере 1.

Удельное давление прессования составляло 700 кгс/см2.

Время прессования 10 с.

Вес активной массы на электроде составил 4,60 г при толщине ее слоя 2,44 мм.

Плотность активной массы составила 2,05 г/см3.

При разряде реализовано 1024 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,54 В.

Удельная емкость активной массы составила 457 Ач/л, а удельная объемная энергия - 1160 Втч/л.

Пример 8. Диоксидмарганцевый электрод изготовили и испытали согласно способу, приведенному в примере 1.

Удельное давление прессования составляло 700 кгс/см2.

Время прессования 50 с.

Вес активной массы на электроде составил 4,57 г при толщине ее слоя 2,41 мм.

Плотность активной массы составила 2,06 г/см3.

При разряде реализовано 1025 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,55 В.

Удельная емкость активной массы составила 462 Ач/л, а удельная объемная энергия - соответственно 1178 Bтч/л.

Пример 9. Диоксидмарганцевый электрод изготовили согласно способу, приведенному в примере 1.

Удельное давление прессования составляло 700 кгс/см2.

Время прессования 5 с.

Вес активной массы на электроде составил 3,85 г при толщине ее слоя 2,39 мм.

Плотность активной массы составила 1,75 г/см3.

При разряде реализовано 860 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,50 В.

Удельная емкость активной массы составила 391 Ач/л, а удельная объемная энергия - соответственно 977 Втч/л.

Пример 10. Диоксидмарганцевый электрод изготовили согласно способу, приведенному в примере 1.

Удельное давление прессования составляло 700 кгс/см.

Время прессования 60 с.

Вес активной массы на электроде составил 4,56 г при толщине ее слоя 2,40 мм.

Плотность активной массы составила 2,06 г/см3.

При разряде реализовано 1018 МАч.

Среднее разрядное напряжение составляло 2,53 B.

Удельная емкость активной массы составила 460 Ач/л, а удельная объемная энергия - соответственно 1169 Втч/л.

Приведенные примеры 1-4 и 6-10 демонстрируют преимущество предлагаемого способа изготовления диоксидмарганцевого электрода для улучшения его электрических характеристик по сравнению с изготовлением из невысушенной активной массы (пример 5).

Зависимость плотности активной массы диоксидмарганцевого электрода от времени прессования приведена в таблице 2.

Предлагаемый способ опробован при разработке технологии производства диоксидмарганецлитиевых источников тока и рекомендован для включения в техпроцесс ряда изделий, разрабатываемых на нашем предприятии. Вследствие того, что химические источники тока с литиевым анодом и апротонным электролитом находятся на стадии разработок, оценить экономический эффект от внедрения изобретения в настоящее время не представляется возможным. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока путем напрессовки активной массы, состоящей из диоксида марганца, сажи и фторопласта, пропитанной органическим растворителем, на перфорированный металлический коллектор и последующей термообработки готового электрода, отличающийся тем, что из активной массы формуют электродные пластины, высушивают их от органического растворителя на воздухе, а напрессовку на перфорированный металлический коллектор производят удельным давлением 500 - 1000 кгс/см2 в течение 10 - 50 с.




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