Литиевый химический источник тока

Изобретение относится к области электротехники, в частности к литиевым химическим источникам тока (ЛХИТ). Согласно изобретению ЛХИТ содержит герметичный корпус, крышку с герметичными токовыводами и заливочным штуцером, блок электродов, состоящий из анодных, катодных пластин и сепараторов, уложенных поочередно, помещенный в герметичный корпус и заполняющий межэлектродное пространство электролит, при этом блок электродов помещен в полипропиленовый изолятор, крышка выполнена с углублением, в котором расположены заливочный штуцер и герметичные токовыводы. Герметичные токовыводы имеют наружное кольцо, центральный металлический стержень и изолятор, выполненный из стекла. Герметичные токовыводы могут иметь центральный металлический стержень и комбинированный изолятор, выполненный из фторопласта и резины. К центральным стержням токовыводов приварены мостики, катодный мостик выполнен из титана, анодный выполнен из никеля, при этом сечение титанового мостика в два раза превышает сечение никелевого мостика. Техническим результатом изобретения является повышение удельных разрядных и ресурсных характеристик. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к литиевым химическим источникам тока (ЛХИТ).

Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ЛХИТ, содержащий герметичный корпус, крышку с герметичными токовыводами и заливочным штуцером, блок электродов, состоящий из анодных, катодных пластин и сепараторов, уложенных поочередно, помещенный в герметичный корпус, и заполняющий межэлектродное пространство электролит (патент РФ № 1660546 С1, кл. Н01М 6/16, 1989).

Недостатком указанного ЛХИТ являются низкие удельные разрядные электрические и ресурсные характеристики.

Техническим результатом изобретения является повышение удельных разрядных и ресурсных электрических характеристик.

Указанный технический результат достигается тем, что ЛХИТ содержит герметичный корпус, крышку с герметичными токовыводами и заливочным штуцером, блок электродов, состоящий из анодных, катодных пластин и сепараторов, уложенных поочередно, помещенный в герметичный корпус и заполняющий межэлектродное пространство электролит, при этом блок электродов помещен в полипропиленовый изолятор, крышка выполнена с углублением, в котором расположены заливочный штуцер и герметичные токовыводы.

Выполнение крышки с углублением позволяет разместить выводы и заливочный штуцер внутри углубления крышки, что предотвращает внешнее закорачивание токовыводов и уменьшает массогабаритные характеристики ЛХИТ и повышает удельные электрические характеристики.

Целесообразно, чтобы герметичные токовыводы имели центральный металлический стержень и изолятор, выполненный из стекла. Такое выполнение токовывода повышает его надежность и герметичность. Целесообразно, чтобы центральный стержень отрицательного токовывода был выполнен из сплава типа «Ковар», а положительного - из титана. Целесообразно, чтобы наружное кольцо токовывода было выполнено из сплава типа «Ковар» для достижения качественной сварки с крышкой ЛХИТ и хорошей адгезии со стеклом изолятора.

Целесообразно, чтобы изолятор отрицательного герметичного токовывода был выполнен из боратного стекла состава (мас.%): ангидрид борный - 40÷50%, окись алюминия - 23÷26%, окись кальция - 19÷21%, оксид бария - 8÷13%, а изолятор положительного герметичного токовывода выполнен из электровакуумного стекла. Применение боратного стекла для отрицательного электровывода позволяет обеспечить химическую стойкость гермовывода при воздействии отрицательного потенциала анода. При этом достигается герметичность и высокое электрическое сопротивление при длительном сроке эксплуатации ХИТ.

Целесообразно, чтобы герметичные токовыводы имели центральный металлический стержень и комбинированный изолятор, выполненный из фторопласта и резины. Выполнение изолятора комбинированным позволяет для некоторых вариантов ЛХИТ обеспечить дешевую и надежную герметизацию токовыводов.

Целесообразно, чтобы анод был снабжен перфорированным лепестковым токовыводом из никелевой фольги наклепанным на литиевую пластину, при этом отверстия на никелевом лепестке расположены с шагом 0,8÷1,5 мм, имеют прямоугольную форму размером 1,1×0,4 мм и отбортованную часть высотой не менее 8 толщин лепестка. Такое выполнение лепестка токоотвода позволяет снизить массу элемента и затраты на токоотвод анода.

Целесообразно, чтобы катод содержал токоотвод из перфорированной титановой фольги и активную массу на основе фторуглерода. Использование перфорированного катодного токоотвода и активной массы на основе фторуглерода позволяет повысить удельные характеристики ЛХИТ.

Целесообразно, чтобы токоотвод из титановой фольги имел толщину 0.03-0.15 мм с общей площадью перфораций не более 0.6 площади электрода. Такое выполнение токоотвода позволяет повысить емкость электрода на 10÷15%.

Целесообразно, чтобы к центральным стержням токовыводов были приварены мостики, катодный мостик выполнен из титана, анодный выполнен из никеля, при этом сечение титанового мостика в два раза превышает сечение никелевого мостика. Такое выполнение мостиков выравнивает их сопротивление.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна». Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию «изобретательский уровень» проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется описанием конструкции составляющих ЛХИТ.

На фигуре 1 показан осевой разрез ЛХИТ.

На фигуре 2 показана крышка ЛХИТ.

На фигуре 3 показан анод с лепестком.

На фигуре 4 показан контактный лепесток анода.

На фигуре 5 показан катод.

ЛХИТ, фиг.1, состоит из блока электродов поз.2 в, помещенного в металлический корпус поз.1, герметизированный с помощью сварки с крышкой поз.8, в углублении которой расположены заливочный штуцер поз.9 и токовыводы поз.7.

Блок электродов собран из анодных поз.6 и катодных пластин поз.5, уложенных поочередно. Лепестки пластин приварены к мостикам 3. Весь пакет помещен в изолятор из полиэтилена низкого давления или полипропилена поз.4.

На крышке ЛХИТ 1, фиг.2, расположены положительный и отрицательный токовыводы 7. Каждый токовывод состоит из центрального стержня 10 и наружного кольца 11, разделенных стеклянным изолятором 12. Наружное кольцо изготовлено из сплава типа «Ковар» и предназначено для крепления в гнезде крышки с помощью сварки. К стержням привариваются мостики 3. Стержень положительного токовывода выполнен из титана, отрицательного из сплава типа «Ковар» для обеспечения совместимости и материалом мостиков 3. К мостикам привариваются лепестки токоотводов электродов, предварительно вставленные в скобы 13, 14. Сечение титанового (катодного) мостика в два раза превышает сечение никелевого (анодного) для выравнивания сопротивления мостиков. С наружной стороны центральные стержни имеют резьбовые отверстия, предназначенные для соединения шин при коммутации элементов в батарее. Предлагаемая конструкция токовыводов не содержит выступающих деталей уплотнения и поэтому обеспечивает максимальное использование внутреннего объема элемента. Форма крышки 8 с углублением выбрана с целью отдаления зоны сварки крышки и корпуса от блока электродов при сборке элемента. Дополнительно размещение токовыводов в углублении снижает вероятность случайного короткого замыкания элемента посторонним предметом. Расположение токовыводов по диагонали крышки исключает случайное соединение разноименных токовыводов соседних элементов при сборке батареи.

Анод, фиг.3, состоит из литиевой пластины 15 с приклепанным к ней лепестком 16. Надежность контакта лепестка с пластиной обеспечивается формой перфорационных отверстий, фиг.4.

Отверстия, образующие перфорацию, расположены с шагом 0.8-1.5 мм, имеют прямоугольную форму размерами 1.1×0.4 мм и отбортованную часть высотой не менее 8 толщин лепестка. При напрессовывании лепестка литий проходит сквозь отверстие, отбортованная часть отверстия деформируется вместе с литием, образуя заклепку. Такое соединение обеспечивает контакт до практически полной выработки литиевого электрода.

Катод, фиг.5, состоит из перфорированного титанового токоотвода 17, на который напрессована активная масса 18 помещенного в конверт из нескольких слоев сепарационного материала 19. Токоотвод из титановой фольги имеет толщину 0.03-0.15 мм с общей площадью перфораций не более 0.6 площади электрода. Такое выполнение токоотвода позволяет повысить емкость электрода на 10÷15%.

На основании изложенного можно сделать вывод, что заявленный ЛХИТ может быть реализован с достижением заявленного результата, т.е. соответствует критерию «промышленная применимость».

1. Литиевый химический источник тока (ЛХИТ), содержащий герметичный корпус, крышку с герметичными токовыводами и заливочным штуцером, блок электродов, состоящий из анодных, катодных пластин и сепараторов, уложенных поочередно, помещенный в герметичный корпус и заполняющий межэлектродное пространство электролит, отличающийся тем, что блок электродов помещен в полипропиленовый изолятор, крышка выполнена с углублением, в котором расположены заливочный штуцер и герметичные токовыводы.

2. Литиевый ХИТ по п.1, отличающийся тем, что герметичные токовыводы имеют наружное кольцо, центральный металлический стержень и изолятор, выполненный из стекла.

3. Литиевый ХИТ по п.2, отличающийся тем, что изолятор отрицательного герметичного токовывода выполнен из боратного стекла состава, мас.%: ангидрид борный - 40-50%, окись алюминия - 23-26%, окись кальция - 19-21%, оксид бария - 8-13%, а изолятор положительного герметичного токовывода выполнен из электровакуумного стекла.

4. Литиевый ХИТ по п.1, отличающийся тем, что герметичные токовыводы имеют центральный металлический стержень и комбинированный изолятор, выполненный из фторопласта и резины.

5. Литиевый ХИТ по п.1, отличающийся тем, что анод снабжен перфорированным лепестковым токовыводом из никелевой фольги, наклепанным на литиевую пластину.

6. Литиевый ХИТ по п.5, отличающийся тем, что отверстия на никелевом лепестке расположены с шагом 0,8-1,5 мм, имеют прямоугольную форму размером 1,1×0,4 мм и отбортованную часть высотой не менее 8 толщин лепестка.

7. Литиевый ХИТ по п.1, отличающийся тем, что катод содержит токоотвод из перфорированной титановой фольги и активную массу на основе фторуглерода.

8. Литиевый ХИТ по п.1, отличающийся тем, что токоотвод из титановой фольги имеет толщину 0,03-0,15 мм с общей площадью перфораций не более 0,6 площади электрода.

9. Литиевый ХИТ по п.2, отличающийся тем, что к центральным стержням токовыводов приварены мостики, катодный мостик выполнен из титана, анодный выполнен из никеля, при этом сечение титанового мостика в два раза превышает сечение никелевого мостика.

10. Литиевый ХИТ по п.2, отличающийся тем, что центральный стержень положительного токовывода изготовлен из титана, отрицательного из никеля.

11. Литиевый ХИТ по п.2, отличающийся тем, что наружное кольцо положительного и отрицательного токовывода выполнено из сплава типа «Ковар».