Способ изготовления электрода теплового химического источника тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве тепловых химических источников тока. Техническим результатом является увеличение коэффициента полезного использования емкости электрода и снижение брака при его изготовлении. Согласно изобретению термообработка сформованной заготовки электрода, содержащего в своей основе кремний и литий, осуществляется в пакете, набранном из спрессованных заготовок электродов, разделенных молибденовыми или титановыми пластинами толщиной (0,1-0,3) мм при давлении поджатия (10-15) МПа в течение не менее 30 мин. 1 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока.

Известен способ изготовления электрода (US 4011372 A кл. 429-218 24.03.1977) для теплового химического источника тока, включающий изготовление литиевой фольги, просечной сетки из алюминия, приготовление пасты из порошка кремния со связующим - метасиликатом натрия, нанесение пасты кремния на сетку из алюминия, сушку, теромообработку сетки с нанесенным слоем кремния, совместное тиснение пакета, состоящего из литиевой фольги, алюминиевой просечной сетки с нанесенным на нее кремнием. После вырубки и завальцовки заготовки электрода в корпусе производится теромообработка электрода при температуре выше температуры плавления лития.

Недостатками известного способа является большое количество операций, которые не поддаются контролю, и поэтому электроды обладают низкой надежностью работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ изготовления электрода теплового химического источника тока (Пат. Ru №2153736 С2, кл. Н01М 4/12 17.08.1988) путем укладки в корпус из малоуглеродистой стали литиевой фольги, отливки из композиционного материала, содержащего кремний, завальцовки корпуса, опрессовки заготовки электрода и его теромообработки в поджатом состоянии в печи при температуре (350±50)°C. При термообработке в печи за счет экзотермической реакции при температуре свыше температуры плавления лития образуется интерметаллическое соединение лития с кремнием, являющееся активной частью электрода.

Недостатками известного способа является низкое качество получаемого электрода, а емкость не достигает расчетных значений. Это объясняется тем, что теромообработка электрода осуществляется в приспособлении без фиксации величины давления поджатия. В результате не обеспечивается идентичность электродов по прочности и пористости, определяющей, в свою очередь, удельную поверхность активной части и, как следствие, низкий коэффициент полезного использования (КПИ) емкости электрода. При извлечении из приспособления на поверхности электрода могут образовываться трещины и частичные осыпания активной массы из-за слабого ее сцепления с внутренней поверхностью корпуса электрода. Это приводит к значительному браку изготовления электродов, а также не позволяет обеспечить надежную электрическую цепь при работе электрода в составе электрохимического элемента.

Целью изобретения является повышение КПИ активной составляющей электрода, снижение брака при его изготовлении.

С этой целью предлагается способ изготовления электрода теплового химического источника тока путем укладки в корпус из малоуглеродистой стали литиевой фольги, отливки из композиционного материала, содержащего кремний, завальцовки корпуса, опрессовки заготовки электрода и его теромообработки в поджатом состоянии в печи при температуре (350±50)°C, отличающийся тем, что термообработка осуществляется в пакете, набранном из спрессованных заготовок электродов, разделенных молибденовыми или титановыми пластинами толщиной (0,1-0,3) мм при давлении поджатия (10-15) МПа в течение не менее 30 мин.

Предложенный способ изготовления электрода впервые определил основные технологические параметры способа термообработки электрода, позволяющие стабилизировать экзотермическую реакцию сплавообразования лития с композиционным материалом, содержащим кремний.

Выбранные параметры давления поджатия заготовок электродов в совокупности с тонкими разделительными пластинами, инертными к сплавам лития, позволили создать условия для формирования развитой поверхности активной части электрода и тем самым повысить емкость электрода.

При этом достигается надежное сцепление активной массы электрода с внутренней поверхностью корпуса, что позволяет обеспечить надежный электрический контакт при работе электрода в составе электрохимического элемента, а также обеспечить требуемую технологическую прочность электрода, повысить выход годных электродов.

При работе в составе электрохимического элемента расплавленный электролит заполняет поры активной части электрода, увеличивая энергосъем с единицы поверхности. В результате повышается КПИ активной составляющей электрода.

Термообработка заготовки электрода в струбцине совместно с набором других электродов существенно увеличивает производительность изготовления электродов и значительно уменьшает брак.

При давлении поджатия меньше 10 МПа существенно снижается сцепление активного вещества с внутренней поверхностью корпуса электрода. Активная масса электрода приобретает рыхлую структуру, что приводит к ее осыпанию при проведении технологических операций.

При давлении поджатия больше 15 МПа происходит уплотнение активной массы электрода, что уменьшает его пористость и удельную поверхность. В результате уменьшается КПИ заложенной емкости электрода.

Пластины из молибдена или титана, устанавливаемые между электродами, предотвращают контакт активной части электрода с корпусом соседнего электрода и тем самым исключают залипание активной части образовавшегося интерметаллического соединения с корпусом соседнего, что повышает выход годных электродов. Инертные к расплавленному литию тонкие (0,1-0,3) мм прокладки при выбранном давлении подпрессовки формируют пористую структуру поверхности активной части электрода, увеличивая коэффициент полезного использования емкости электрода.

Толщина пластин определяет скорость прохождения реакции образования интерметаллоидного соединения Li4Si. При плавлении лития происходит экзотермическая реакция образования интерметаллоида. Толщина пластин меньше 0,1 мм увеличивает пик температуры, что ведет к уплотнению активной массы электрода, находящегося в поджатом состоянии, и, как следствие, к снижению пористости электрода. Толщина прокладок больше 0,3 мм приводит к снижению температуры реакции и полноте взаимодействия компонентов активной массы электродов, снижая КПИ активной массы электрода.

Время термообработки 30 мин является минимальным для полного прохождении реакции сплавообразования, обеспечивающей при указанных выше параметрах необходимую структуру активной части электрода.

Конструкция струбцины позволяет надежно зафиксировать создаваемое на электроды давление подпрессовки и обеспечивает одновременно термообработку ~100 электродов.

Таким образом, изобретение позволило в серийном производстве получать идентичные электроды по составу компонентов, по плотности и максимально возможной удельной поверхностью активной части. Одновременно обеспечивается надежное сцепление интерметаллического соединения с внутренней поверхностью корпуса электрода, что улучшает токосъем, а также исключает образование трещин и осыпаний активной части электрода.

Пример конкретного исполнения

В корпус диаметром 35,5 мм, изготовленный из малоуглеродистой стали толщиной 0,05 мм, помещались диск из литиевой фольги диаметром 35 мм толщиной 0,5 мм и отливка из композиционного материала также диаметром 35 мм. После завальцовки корпуса заготовка электрода подвергалась опрессовке на электромагнитном прессе и помещалась в струбцину с набором других заготовок электродов. Между электродами прокладывались молибденовые пластины толщиной 0,2 мм. Пневматическим прессом электроды поджимались давлением 13 МПа и струбцина помещалась в печь, где выдерживалась при температуре (350±50)°C не менее 30 мин.

На полученных электродах изготовлен опытный образец источника тока на электрохимической системе LiSi/KCl-LiCl/FeS2.

В таблице представлены результаты испытаний источников тока с опытными электродами и электродами по прототипу на нагрузку 23 Ом.

Источник тока τвр, с Umax, В τр, c
Опытный 0,50 34,6 176
Прототип 0,55 34,0 149

В таблице приняты обозначения:

τвр - время выхода на рабочий режим;

Umax - максимальное напряжение разряда;

τр - продолжительность работы в секундах до напряжения 23,5 В.

Из результатов испытаний следует, что основные характеристики источника тока с электродами, изготовленными в соответствии с предлагаемым изобретением, выше по сравнению с прототипом.

Способ изготовления электрода теплового химического источника тока путем укладки в корпус из малоуглеродистой стали литиевой фольги, отливки из композиционного материала, содержащего кремний, завальцовки корпуса, опрессовки заготовки электрода и его термообработки в поджатом состоянии при температуре (350±50)°С, отличающийся тем, что термообработка осуществляется в пакете, набранном из спрессованных заготовок электродов, разделенных молибденовыми или титановыми пластинами толщиной (0,1-0,3) мм при давлении поджатия (10-15) МПа в течение не менее 30 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для химических источников тока на основе солей лития.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока. .
Изобретение относится к тепловым химическим источникам тока, приводимым в действие посредством воспламенения пиротехнических элементов от инициирующих пиротехнических полос, расположенных по периферии блока элементов и контактирующих в торцевой части блока с запальным устройством.

Изобретение относится к области резервных химических источников тока и может быть использовано для изготовления теплового источника тока (ТИТ). .

Изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока. .

Изобретение относится к резервным химическим источникам тока на твердом теле. .
Изобретение относится к тепловым резервным источникам тока (термохимическим батареям), приводимым в действие посредством воспламенения пиротехнических элементов от теплового импульса примыкающих к ним ленточных воспламенителей.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим преобразование химической энергии экзотермических композиций в электрическую, а более конкретно к высокотемпературным резервным первичным источникам тока одноразового действия.

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия.

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, предназначенным для работы в режиме ожидания.

Изобретение относится к области химических источников тока, а именно к изготовлению электродов литий-ионного аккумулятора. .

Изобретение относится к области химических источников тока, в частности может быть использовано при изготовлении электродов литий-ионного аккумулятора. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу получения литированного оксида кобальта (LiCoO 2), используемого в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к области электроники, в частности к получению тонких пленок активного кобальтата лития, используемого в качестве катодного материала в производстве тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к области синтеза литий-кобальтовых оксидов, используемых в качестве катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. .

Изобретение относится к созданию новых энергонасыщенных катодных материалов, используемых в химических источниках тока (ХИТ), преимущественно в трехвольтовых ХИТ системы фтор - литий с повышенными разрядными характеристиками и с повышенной сохранностью свойств при длительном хранении.

Изобретение относится к химическим источникам тока и может получить применение при изготовлении катодов для химических источников тока с анодом из активного щелочного металла и жидким катодным реагентом, например Li/SO2 и Li/SOCl2.

Изобретение относится к химическим источникам тока и может получить применение при изготовлении первичных источников тока с анодом из активного щелочного металла и жидким катодным реагентом.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве химических источников тока. .

Изобретение относится к активному материалу положительного электрода литий-воздушного аккумулятора в виде нитевидных кристаллов состава KxMnO2 (x=0,1-0,15) длиной от 0,1 мкм до 2 мм и диаметром от 20 до 30 нм для обратимого восстановления кислорода на положительном электроде. А также относится к способу его получения, включающему растворение в воде перманганата калия и персульфата калия и перемешивание смеси при pH среды от 2 до 4 в течение 2-12 часов, при температуре 95°C с последующей фильтрацией, промывкой продукта и высушиванием при 60°C. Использование указанного материала позволяет достигать высокой удельной электрохимической емкости. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве тепловых химических источников тока

Наверх