Способ изготовления положительного электрода элемента системы li/socl2

Изобретение относится к электротехнике, а именно к изготовлению положительных электродов литиевых химических источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение электрических характеристик элементов системы Li/SOCl₂ и увеличения их сохранности. Согласно изобретению способ изготовления положительного электрода элемента системы Li/SOCl₂ заключается в накатке катодной массы, состоящей из смеси порошка никеля, сажи и связующего, на коллектор тока, последующем спекании, до операции приготовления катодной массы, порошок никеля, вводимый в катодную массу, обрабатывают раствором HNO₃, концентрацией 40-60% в течение 2-5 минут, промывают дистиллированной водой, затем сушат при разрежении (-100 кПа) и температуре (70±5)°С, в течение 2-3 часов, а после операции спекания электрода проводят формировку пропусканием через него импульса тока. 1 табл.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении положительных электродов литиевых химических источников тока.

Повышение электрических характеристик первичных ХИТ, а также увеличение сохранности является немаловажной задачей в совершенствовании литий-тионилхлоридных источников тока. Для решения этой задачи известен способ предварительной обработки сажи азотной кислотой в совокупности с высокотемпературной обработкой (Влияние химической обработки газовой сажи на характеристики катода элемента системы Li-SO₂Cl₂. Chemical modification of carbon black for cathodes in sulfuryl chloride cells. Walker C., Jr, Wade W., Binder M., Oliman S. «19^th Inersoc. Energy Convers. Eng. Conf., San Francisco, Calif., 19-24 Aug., 1984. Vol.2». San Francisco. Calif., 1984, 899-902). Данный способ позволяет управлять пористой структурой электродной массы, но не позволяет достаточно развить поверхность контакта между коллектором тока и сажей.

Наиболее близким по технической сущности является патент США №4264687 (Элементы с жидким катодным деполяризатором. Dey A.N., Bowden W.L.; Fluid depolarized cell. Заявл. 24.09.79, №78120. МКИ Н 01 M 10/39). Изобретение касается катодов для ХИТ с литиевым анодом и жидким деполяризатором (SO₂, SOCl₂, POCl₃, SO₂Cl₂, NO₂Cl, NOCl). Предлагается инертный катод, который выполняется из металлического порошка или смеси металлического порошка с сажей при содержании металлического порошка 1...60%. При содержании металлического порошка более 60% емкость ХИТ уменьшается из-за недостаточной механической прочности катода и его осыпания. Осыпание можно исключить, вводя большее количество связующего, однако это также приводит к уменьшению емкости. В качестве металлического порошка рекомендуется использовать порошки никеля, кобальта, марганца, хрома и меди.

Однако использование катода, выполненного согласно описанию этого патента, в первичных источниках тока с электролитом на основе лития тетрахлоралюмината в SOCl₂ не дает возможности получить стабильные характеристики при хранении элементов. Причиной этого является: во-первых, наличие пассивных оксидных пленок в исходном порошке никеля, которые значительно уменьшают активную поверхность и отрицательно влияют на электрические характеристики элементов в процессе хранения, во-вторых, недостаточная механическая прочность электродов при высоком содержании никелевого порошка.

Перед авторами стояла задача повышения сохранности и электрических характеристик литий-тионилхлоридных элементов (емкость, среднее разрядное напряжение).

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе изготовления положительного электрода элемента системы Li/SOCl₂, заключающемся в накатке катодной массы, состоящей из смеси порошка никеля, сажи и связующего, на коллектор тока и последующем спекании, до операции введения порошка никеля его предварительно обрабатывают в 40-60% растворе HNO₃ в течение 2-5 минут, промывают дистиллированной водой, затем сушат при разрежении (- 100 кПа) и температуре (70±5)°С в течение 2-3 часов, а после операции спекания электрода проводят формировку пропусканием через него импульса тока.

Сущность изобретения заключается в том, что в процессе очистки никелевого порошка от примесей происходит активация поверхности никеля, что обеспечивает однородность и стабильность поведения электродов с никелевым порошком в процессе хранения элементов. При формировке электрода пропусканием импульса тока через электрод происходит сваривание частиц никелевого порошка между собой, а также с коллектором тока, что увеличивает поверхность контакта между коллектором и сажей, а также предотвращает осыпание электрода при высоких концентрациях порошка никеля.

Целесообразно обработку порошка никеля проводить кислотой концентрацией не ниже 40%, так как при более низких концентрациях процесс взаимодействия никеля и азотной кислоты идет бурно и никель в большом количестве растворяется. Обработка кислотой концентрацией выше 60% нецелесообразна, так как увеличивается время обработки и ухудшается качество обработки вследствие неполного удаления пассивных пленок на никеле.

Эффективность данного изобретения подтверждается приведенными ниже примерами.

Пример. Для испытаний собрали 5 серий лабораторных образцов типоразмера R14 (по 6 штук в каждой серии) ХИТ с литиевым анодом, сепаратором и электролитом 1,25М LiAlCl₄ в SOCl₂ и сажевыми электродами с добавкой никелевого порошка, изготовленными в соответствии с предлагаемым способом.

Порошок никеля до введения в активную массу обрабатывали раствором азотной кислоты концентрацией 40-60% в течение 2-5 минут. После этого порошок промывали дистиллированной водой, после чего сушили при разрежении (- 100 кПа) и температуре 70±5°С в течение 2-3 часов.

Катодную смесь готовили путем смешения порошка никеля электролитического марки А-2 (состав порошка, % масс.: Ni - 99,0; О - 0,5; 0,5 - остальные примеси), сажи марки П-267Э, связующего - фторопластовой эмульсии Ф-4Д и жидкого органического растворителя (96,5% этиловый спирт).

Состав электрода: 50% Ni +40% С +10% Ф-4Д

Затем смесь сушили при температуре 95±5°С в течение 17 часов до полного испарения растворителя. Готовую смесь заливали органическим растворителем (петролейный эфир) и формировали электродные ленты путем прокатки на валках. После чего из электродной ленты и коллектора тока (гальваническая никелевая сетка δ=50 мкм) формировали электрод и прокатывали на валках. Полученный электрод сушили при температуре 100°С в течение 1 ч, затем спекали при температуре 300°С в течение 10 мин. После операции спекания электрод формировали контактной сваркой. Сварку проводили на аппарате контактной сварки МТК 2201 при следующем режиме:

- коэффициент трансформации 100;

- напряжение - 1000 В;

- емкость конденсаторов рабочая - 1200 мкФ;

- емкость заряда - 13 мкФ.

Результаты испытаний макетов элементов представлены в таблице.

Таблица
№	Концентрация HNO3, %	Q,А·ч	Q 1 год хранения, А·ч	НЗЦ, В	НЗЦ 1 год хранения, В	Контактная сварка электрода	Заявляемый эффект
1.1	-	2,45	-	3,07	-	-	нет
1.2	-	2,49	-	3,06	-	-	нет
1.3	-	2,42	-	3,07	-	-	нет
1.4	-	-	2,22	-	2,99	-	нет
1.5	-	-	2,18	-	2,98	-	нет
1.6	-	-	2,25	-	2,95	-	нет
2.1	-	2,78	-	3,15	-	+	нет
2.2	-	2,73	-	3,17	-	+	нет
2.3	-	2,76	-	3,16	-	+	нет
2.4	-	-	2,43	-	3,05	+	нет
2.5	-	-	2,48	-	3,03	+	нет
2.6	-	-	2,40	-	3,07	+	нет
3.1	40	3,26	-	3,38	-	+	есть
3.2	40	3,24	-	3,37	-	+	есть
3.3	40	3,20	-	3,39	-	+	есть
3.4	40	-	3,15	-	3,28	+	есть
3.5	40	-	3,16	-	3.26	+	есть
3.6	40	-	3,13	-	3,29	+	есть
4.1	50	3,31	-	3,41	-	+	есть
4.2	50	3,35	-	3,40	-	+	есть
4.3	50	3,37	-	3,42	-	+	есть
4.4	50	-	3,21	-	3,31	+	есть
4.5	50	-	3,19	-	3,30	+	есть
4.6	50	-	3,23	-	3,33	+	есть
5.1	60	3,28	-	3,33	-	+	есть
5.2	60	3,22	-	3,36	-	+	есть
5.3	60	3,19	-	3,32	-	+	есть
5.4	60	-	3,14	-	3,27	+	есть
5.5	60	-	3,18	-	3,29	+	есть
5.6	60	-	3,12	-	3,25	+	есть

Испытания проводили на автоматическом разрядном стенде. Плотность тока разряда 10 мА/см².

Проведенные испытания показали, что предварительная обработка никелевого порошка азотной кислотой, а также увеличение контакта порошка с коллектором тока путем сваривания контактной сваркой повышает электрические характеристики элементов и повышает их сохранность. Улучшение характеристик элементов происходит за счет активации поверхности порошка никеля при предварительной обработке, а также за счет увеличения поверхности коллектора и улучшением его контакта с сажей. Данная операция не приводит к значительному увеличению времени технологического процесса, а использование недорогих материалов в совокупности с получаемым эффектом значительно экономит материальные затраты на производство электрода и позволяет значительно улучшить характеристики элементов системы Li/SOCl₂.

Приведенные примеры изготовления электродов в соответствии с признаками, изложенными в формуле изобретения, а также испытания элементов, содержащих эти электроды, подтверждают возможность практической реализации заявляемого изобретения с достижением указанного технического результата. На основании изложенного можно сделать заключение о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Таким образом, проведенный анализ уровня техники дает нам утверждать, что заявляемая нами совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна, что отвечает одному из критериев - «новизна».

Изучение технических решений с целью выявления существенных признаков нашего изобретения, совпадающих с признаками прототипа, показало, что заявленное нами изобретение не следует явно для специалиста в данной области из известного уровня техники. Считаем, что предлагаемое решение соответствует критерию «изобретательный уровень».

На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемое нами техническое решение может быть признано изобретением и защищено патентом Российской Федерации.

Способ изготовления положительного электрода элемента системы Li/SOCl₂, заключающийся в накатке катодной массы, состоящей из смеси порошка никеля, сажи и связующего, на коллектор тока, последующей сушке и спекании, отличающийся тем, что порошок никеля, вводимый в катодную массу, предварительно обрабатывают в 40-60%-ном растворе HNO₃ в течение 2-5 мин, промывают дистиллированной водой, затем сушат при разрежении (-100 кПа) и температуре (70±5)°С в течение 2-3 ч, а после операции спекания электрода проводят формировку пропусканием через него импульса тока контактной сваркой.