Способ изготовления раствора электролита для li/so2 аккумулятора

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении Li/SO₂ аккумулятора. Техническим результатом изобретения является повышение взрывобезопасности, увеличение ресурса аккумулятора и повышение удельных характеристик путем уменьшения роста дендритов лития за счет операции очистки при изготовлении электролита. Согласно изобретению в известном способе изготовления раствора электролита LiA1C1₄•nSO₂ перед введением молекулярного брома электролит выдерживают в контакте с литиевой фольгой в течение 7-90 суток при комнатной температуре, причем площадь литиевой фольги (см²) относится к объему электролита (см³) в соотношении от 1:1 до 1:10. 2 табл.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении Li/SO₂ аккумулятора.

Литиевые аккумуляторы имеют существенный недостаток, в них происходят короткие замыкания при заряде, приводящие к выходу аккумуляторов из строя и сопровождающиеся перегревом и взрывами. Чаще всего причиной возникновения коротких замыканий являются дендриты, растущие на литиевом электроде во время заряда. (Багоцкий B.C., Скундин А.М. Химические источники тока. - М.: Энергоиздат, 1981, с. 240-241).

Известно, что качество гальванопокрытий зависит от чистоты электролита и способа его изготовления. В электролите ХИТ с литиевым анодом недопустимо содержание влагосодержащих примесей и соединений тяжелых металлов в связи с тем, что их наличие в электролите интенсифицирует рост дендритов лития, тем самым снижает безопасность эксплуатации аккумуляторов. Предварительное введение литиевой фольги в электролит позволяет снизить содержание посторонних примесей в электролите (И.А. Кедринский. Химические источники тока с литиевым электродом, 1983).

Известен способ изготовления раствора электролита для герметичных аккумуляторов системы Li/SO₂, заключающийся в насыщении газообразным SO₂ смеси сухих солей АlСl₂ и LiCl при температуре от 0 до 5^oС и избыточном давлении от 1,5 до 5 атм до образования раствора LiAlCl₄•3SO₂ и введении молекулярного брома в количестве 0,2 до 0,5 мас.%, с последующей выдержкой от 72 до 86 часов (RU патент 2161845, кл. Н 01 М, 10.08.1999).

Недостатком этого способа является то, что введение молекулярного брома не исключает возможности коротких замыканий, приводящих к взрыву, т.к. не подавляет полностью процесс дендритов на литиевом электроде.

Перед авторами стояла задача повышения взрывобезопасности, увеличения ресурса аккумулятора, и повышения удельных характеристик, путем уменьшения роста дендритов за счет операции очистки при изготовлении электролита.

Эта задача решена тем, что в известном способе изготовления раствора электролита, заключающемся в насыщении газообразным SO₂ смеси сухих солей АlСl₃ и LiCl при температуре от 0 до 5^oС и избыточном давлении от 1,5 до 5 атм до образования раствора LiAlCl₄•nSO₂ (n=3...9) и введении молекулярного брома в количестве 0,2 до 0,5 мас.%, с последующей выдержкой от 72 до 86 часов, перед введением молекулярного брома электролит выдерживают в контакте с литиевой фольгой в течение 7-90 суток при комнатной температуре, причем площадь литиевой фольги (см²) относится к объему электролита (см³) в соотношении от 1:1 до 1:10.

Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности литиевой фольги, погруженной в электролит, происходит реакция с примесями влаги и соединениями тяжелых металлов, в результате чего образуются нерастворимые соединения. Это позволяет получить электролит более высокого качества.

При выдержке литиевой фольги в электролите менее 7 суток положительного эффекта не наблюдается, рост дендритов не снижался, короткие замыкания и взрывы начинались с 15-20 циклов. Выдержка свыше 90 суток нецелесообразна, т.к. не ведет к повышению характеристик электролита и аккумуляторов в целом. Нижний предел соотношения площади литиевой фольги (см²) к объему электролита (см³) 1:10 обусловлен минимальным количеством лития, необходимом для получения электролита требуемого качества. Использование соотношения площади литиевой фольги к объему электролита более 1:1 нецелесообразно, так как ведет к некоторому снижению достигнутых удельных характеристик аккумуляторов и экономически невыгодно.

Пример. Для испытаний было собрано 11 серий лабораторных образцов аккумуляторов типоразмера R6 (по 3 штуки в каждой серии) с литиевым и сажевым электродами, двухслойным сепаратором и электролитом LiAlCl₄•nSO₂.

Испытания проводили на автоматическом заряд-разрядном стенде.

Плотность тока заряда и разряда 1 мА/см².

Результаты испытаний макетов аккумуляторов представлены в табл. 1 и табл. 2.

Проведенные испытания показали, что способ изготовления электролита, указанный в формуле изобретения, позволяет получить электролит с высокой степенью очистки и обеспечить более высокие удельные характеристики аккумуляторов. Использование данного электролита позволяет значительно увеличить ресурс аккумуляторов по сравнению с электролитом, изготовленным по описанию прототипа, за счет снижения вероятности возникновения внутренних коротких замыканий дендритами лития. Это ведет к возрастанию безопасности эксплуатации аккумуляторов.

Таким образом, приведенные примеры изготовления аккумуляторов в соответствие с признаками, изложенными в формуле изобретения, а также испытания этих аккумуляторов на зарядно-разрядном стенде подтверждают возможность практической реализации заявляемого изобретения с достижением указанного технического результата.

На основании вышеизложенного и результатов патентно-информационного поиска считаем, что разработанный нами "Способ изготовления раствора электролита для Li/SO₂ аккумулятора" отвечает требованиям "новизна", "изобретательский уровень", "промышленная применимость", может быть признано изобретением и защищено патентом Российской Федерации.

Формула изобретения

Способ приготовления раствора электролита для Li/SO₂ аккумулятора, заключающийся в насыщении газообразным SO₂ смеси солей АlСl₃ и LiCl до образования раствора LiAlCl₄·nSO₂(n=3-9), и последующем введении молекулярного брома в количестве 0,2-0,5 мас.% с выдержкой этого раствора при комнатной температуре в течение 72-86 ч, отличающийся тем, что перед введением молекулярного брома электролит выдерживают в реакторе с литиевой фольгой в течение 7-90 суток при комнатной температуре, причем площадь литиевой фольги (см²) относится к объему электролита (см³) в соотношении от 1:1 до 1:10.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2