Безламельный отрицательный электрод щелочного никель- железного аккумулятора и способ его изготовления

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к конструкциям и способам производства безламельных электродов щелочных аккумуляторов. Цель изобретения состоит в повышении эксплуатационной надежности электрода за счет предотвращения разрушения ленты-подложки и отслоения активной массы, снижении его стоимости, а также в повышении технологичности изготовления электрода путем снижения величины рабочего давления на валках. При этом снижение стоимости электрода обеспечивается дополнительным включением в состав активной массы порошкообразных окислов железа с полимерным связующим 3. В результате послойного нанесения на подложку 1 активной массы и формирования внутреннего слоя на основе губчатого железа 2 достигается возможность существенного снижения давления в валках 4 при прокатке электрода, что способствует повышению технологичности процесса изготовления электрода. А выбор отношения толщины внутреннего (центрального) слоя электрода, включающего подложку 1 и губчатое железо 2, к общей толщине электрода в пределах 0,3... 0,7 обеспечивает заявленному электроду высокую эксплуатационную надежность, так как при этом соотношении прокатка электрода не сопровождается механическими повреждениями проволок подложки и отслоением активной массы. 2 с.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве безламельных электродов щелочных аккумуляторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является безламельный отрицательный электрод щелочного никель-железного аккумулятора, содержащий подложку в виде сетчатого токоотвода и нанесенную на нее с обеих сторон активную массу на основе губчатого железа (см.а.с.СССР N 184300, H 01M, 1966). Прокатка электродов с такой активной массой не требует создания высоких давлений на валках, что обеспечивает сохранность сетчатой подложки. В то же время губчатое железо с содержанием металлического железа порядка 50-80% используемое в известном электроде, обладает высокой стоимостью, что существенно ограничивает использование электрода.

Известен также способ изготовления безламельного отрицательного электрода щелочного аккумулятора, включающий нанесение на ленточную металлическую подложку посредством прокатки активной массы на основе окислов железа и полимерного связующего (см. заявку Франции за 1968г, N 1555186, H 01M 35/02).

В электроде, изготавливаемом согласно известному способу, за счет наличия порошкообразного полимерного связующего обеспечивается хорошее сцепление частиц активной массы, почти исключающее ее выкрашивание. Однако стоимость такого электрода сравнительно высока из-за используемых в качестве основы активной массы искусственных окислов железа. Кроме того, для прокатки известных электродов необходимо обеспечить достаточно высокое давлений на валках (порядка 3-4т/см²), что, во-первых, сопряжено с трудностями в технологии изготовления электродов, а во-вторых, приводит к существенным продольным деформациям подложки, зачастую вызывающим ее разрушение и соответственно снижение эксплуатационной надежности электродов.

Целью настоящего изобретения являются повышение эксплуатационной надежности электродов за счет предотвращения разрушения ленты-подложки и отслоения активной массы, снижение их стоимости, а также повышение технологичности путем снижения величины рабочего давления на валках.

Поставленная цель достигается тем, что в безламельном отрицательном электроде щелочного никель-железного аккумулятора, содержащем подложку в виде сетчатого токоотвода и нанесенную на нее с обеих сторон активную массу на ocнoвe губчатого железа, согласно изобретению, слой губчатого железа покрыт слоем окислов железа с полимерным связующим при отношении толщины подложки и губчатого железа к общей толщине электрода, равном 0,3-0,7.

В процессе производства электрода реализуется способ изготовления безламельного отрицательного электрода щелочного никель-железного аккумулятора, включающий нанесение на ленточную металлическую подложку посредством прокатки активной массы на основе окислов железа и полимерного связующего, причем согласно изобретению нанесение активной массы на подложку осуществляют в два слоя: при этом в процессе прокатки за счет поступательного движения ленты-подложки осуществляют нанесение на нee слоя активной массы, основу которой составляет губчатое железо, а на полученный слой наносят подаваемую прокатными валками остальную активную массу на основе порошкообразных окислов железа и полимерного связующего.

Включение в состав активной массы природных окислов железа (магнетита) и полимерного связующего позволяет существенным образом снизить стоимость электрода без ощутимого ущерба для его эксплуатационных характеристик.

Формирование центрального слоя электрода, образованного подложной и губчатым железом, позволяет предохранить подложку от разрушения, вызываемого продольными деформациями в процессе прокатки электрода, при этом слой губчатого железа выполняет фукнции демпфера, поглощающего избыток давления за счет структурной деформации.

Нанесение наружного слоя активной массы, представленного окислами железа с полимерным связующим, на слой губчатого железа обеспечивает лучшую адгезию частиц активной массы, исключающую отслоение последней в ходе прокатки.

Выбор соотношения между толщинами центрального слоя электрода, образованного подложкой и губчатым железом, и толщиной собственно электрода в пределах 0,3.0,7 дает возможность получать качественные электроды без механических дефектов и в то же время позволяет снизить величину давления в валках до 2-3 т/см², что значительно повышает технологичность производства электродов (см. табл.).

Нанесение активной массы на подложку в два слоя позволяет осуществитъ характер распределения активной массы по толщине электрода, исключающий возможность разрушения подложки в процессе прокатки, а следовательно, обеспечивается более высокая эксплуатационная надежность электрода. При этом формирование центрального слоя осуществляется за счет взаимодействия массы с движущейся лентой-подложкой и стенками шибера, не требующего сложного технологического оборудования. Нанесение наружного слоя производится валками, также нe являющимися сложным оборудованием.Таким образом, осуществляется возможность изготовления качественных электродов при использовании доступного и малоэнергоемкого технологического оборудования.

Таким образом, перечисленные отличительные признаки в совокупности с ограничительными признаками придают заявляемым объектам новые свойства, а именно за счет послойного нанесения активной массы на подложку, включающего формирование центрального слоя с массой на основе губчатого железа и наружного слоя на основе порошкообразных окислов железа и полимерного связующего, достигается возможность существенного снижения стоимости устройства-электрода, повышения его эксплуатационной надежности в результате предотвращения разрушения ленты-подложим и отслоения активной массы, а также повышения технологичности изготовления электродов путем снижения величины рабочего давления на валках.

В известных из науки и техники решениях (в объеме проведенного авторами поиска) указанные признаки и вытекающие из них свойства не были обнаружены, что позволяет утверждать о соответствии изобретения критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 представлен фрагмент поперечного разреза заявляемого электрода. Фиг.2 иллюстрирует процесс изготовления заявляемого безламельного электрода.

Безламельный отрицательный электрод состоит из подложки 1 в виде сетчатого токоотвода, на которых с двух сторон нанесена послойно активная масса. При этом центральный слой образует примыкающую к подложке 1 прослойку губчатого железа 2, а наружный слой 3 электрода состоит главным образом из порошкообразных окислов железа и полимерного связующего.

Способ изготовления заявляемого электрода может быть реализован на стандартном оборудовании, представляющим собой прокатный стан, включающий валки 4, подающий бункер 5, а также шибер 6.

Заявляемый способ изготовления электрода осуществляется следующим образом. В валки 4 прокатного стана одновременно подаются через бункерное устройство 5 порошкообразная смесь окислов железа (магнетита) с полимерным связующим 3, а через полый шибер 6 подложка 1 и порошок губчатого железа 2. В процессе прокатки губчатое железо, обладающее значительной способностью к поперечному уплотнению и деформации, сглаживает неравномерные продольные деформации. В результате обеспечивается хороший контакт между порошковым слоем и ячейками сетчатого токоотвода за счет лучшей адгезии частиц губчатого железа, имеющих более развитую поверхность по сравнению с магнетитом, и материалом сетки.

Это позволяет существенно снизить давление в валках при прокатке, а следовательно, и деформации продольных проволок подложки, обеспечив их целостность, а также вследствие снижения неравномерности распределения деформаций предотвратить отслоение порошкового слоя от сетки.

Технология изготовления безламельного электрода согласно заявленному способу может быть проиллюстрирована следующими примерами.

Пример 1. На прокатном стане с диаметром валков 200 мм при зазоре между валками 0,4 мм, высоте поднятия шибера t 23 мм и скорости прокатки 1,1 м/мин осуществляют подачу через бункерное устройство порошка магнетита с полимерным связующим. Одновременно через полый шибер вводят сетчатый токоотвод и порошкообразное губчатое железо.

В результате прокатки был получен безламельный электрод толщиной 1,4 мм, плотностью (по железу) 2,1 г/см³. Продольная деформация в ходе прокатки составила 4% а отношение толщины внутреннего слоя к толщине самого электрода равнялось 0,5. При этом было обеспечено хорошее качество поверхности и полное отсутствие разрывов продольных проволок, отслоений активной массы и трещин.

Пример 2. На стане с диаметром валков 200 мм при зазоре между валками 0,5 мм, высоте поднятия шибера t 25 мм и скорости прокатки 1,1 м/мин из порошка магнетита с полимерным связующим, вводя одновременно через шибер сетчатый токоотвод и губчатое железо, прокатали безламельный электрод толщиной 1,5 мм плотностью (по железу) 2,2 г/см³. При этом продольная деформация составила 4% а отношение толщины внутреннего слоя к толщине электрода 0,5. Качество поверхности хорошее. Трещин, отслоения активной массы и разрывов продольных проволок не наблюдалось.

Пример 3. На стане с диаметром валков 200 мм при зазоре между валками 0,6 мм, высоте поднятия шибера 28 мм и скорости прокатки 1,1 м/мин из порошка магнетита с полимерным связующим, вводя одновременно через шибер сетчатый токоотвод и губчатое железа, прикатали безламельный электрод толщиной 1,6 мм, плотностью (по железу) 2,2 г/см³. Продольная деформация при этом составила 3% а отношение толщины внутреннего слоя к толщине электрода 0,5. Качество поверхности хорошее. Трещины, отслоения активной массы и разрывы продольных проволок отсутствуют.

Параллельно с целью получения сравнительных данных проводилась прокатка безламельных электродов, отношение толщины внутреннего слоя которых к общей толщине отлично от 0,5. Результаты сведены в таблицу, в которой приведены также сравнительные данные, полученные при прокатке прототипа на тех же условиях.

Как следует из полученных результатов, достижение поставленной цели обеспечивается снижением значения продольной деформации по сравнению с прототипом с 15 до 3-4% при этом снижается усилие прокатки (давление в валках) примерно в 1,5 раза, что позволяет использовать более доступное технологическое оборудование и снизить энергоемкость процесса. Кроме того, заявляемый способ изготовления безламельного электрода позволяет существенно расширить функциональные возможности существующего технологического оборудования, так как на одном и том же прокатном стане, не меняя валки, а лишь регулируя величину зазора между ними и высоту поднятия шибера, оказывается возможным прокатывать электроды различных типоразмеров в диапазоне их толщины от 1,3 до 2 мм.

Формула изобретения

1. Безламельный отрицательный электрод щелочного никель-железного аккумулятора, содержащий подложку в виде сетчатого токоотвода и нанесенную на нее с обеих сторон активную массу на основе губчатого железа, отличающийся тем, что слой губчатого железа покрыт слоем окислов железа с полимерным связующим при отношении толщины подложки и губчатого железа к общей толщине электрода, равном 0,3-0,7.

2. Способ изготовления безламельного отрицательного электрода щелочного никель-железного аккумулятора, включающий нанесение на ленточную металлическую подложку посредством прокатки активной массы на основе окислов железа и полимерного связующего, отличающийся тем, что нанесение активной массы на подложку осуществляют в два слоя, при этом в процессе прокатки за счет поступательного движения ленты-подложки осуществляют нанесение на нее слоя активной массы, основу которой составляет губчатое железо, а на полученный слой наносят подаваемую прокатными валками остальную активную массу на основе порошкообразных окислов железа и полимерного связующего.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2