Активный материал электрода химического источника тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в производстве химических источников тока, в частности, никелькадмиевых аккумуляторов. Заявленный состав включает в себя, мас.%: активное вещество 98,0-99,8 и полиэтилен с мол.мас. от 6·10⁶ до 10⁷ 0,2-2,0. Техническим результатом являются повышенные электрохимические характеристики (разрядная емкость и ее стабильность при циклировании, среднее разрядное напряжение) и высокая эластичность и гибкость электродов. 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в химических источниках тока.

Известен активный материал электрода химического источника тока (авт. свид. СССР N 317239, кл. H 01 M 35/02, 1971), содержащий активное вещество и полиэтилен при следующем соотношении (масс.%): активное вещество - 88-95 полиэтилен - 5-12 Недостатком известного активного материала является высокое содержание полиэтилена, что приводит к повышению внутреннего сопротивления получаемых электродов, снижению их разрядной емкости и разрядного напряжения.

Наиболее близким к заявляемому активному материалу по совокупности признаков является активный материал электрода химического источника тока, описанный в пат. РФ N 2047248, кл. H 01 M 4/62, 1995, принятый за прототип, в котором содержится активное вещество и смесь полиэтиленов с молекулярной массой от 10⁴ до 6·10⁶ при следующем соотношении (масс.%): активное вещество - 95-99,5 смесь полиэтиленов - 0,5-5 Недостатком известного активного материала является то, что у электродов на его основе высокие значения разрядного напряжения, разрядной емкости и высокая стабильность разрядной емкости при циклировании достигаются при составах активного материала, не обеспечивающих высокую гибкость и эластичность электродов, что особенно необходимо в процессе производства химических источников тока.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.

Заявляемое изобретение направлено на комплексное улучшение эксплуатационных и технологических характеристик электродов ряда типов химических источников тока, в частности, кадмиевых электродов никель-кадмиевых аккумуляторов, электродов свинцовых аккумуляторов, цинковых электродов серебряно-цинковых и никель-цинковых аккумуляторов, железных электродов никель-железных аккумуляторов и др.

При осуществлении заявляемого изобретения достигается повышение разрядной емкости и ее стабильности при циклировании, повышение разрядного напряжения и повышение гибкости и эластичности электродов за счет оптимального решения проблемы стабилизации структуры активного материала в процессе эксплуатации и связывания частиц активного вещества в процессе изготовления источников тока.

Указанный технический результат при осуществлении заявляемого изобретения достигается тем, что в известном активном материале электрода химического источника тока, содержащем активное вещество и полиэтилен при соотношении (масс.%): активное вещество - 98-99,8 полиэтилен - 0,2-2,0 полиэтилен взят с молекулярной массой от 6·10⁶ до 10⁷.

Указанный технический результат при осуществлении заявляемого изобретения достигается при использовании в качестве активного вещества известных электрохимически активных веществ и вспомогательных добавок к ним, включая полиэтилен с молекулярной массой от 10⁴ до 6·10⁶.

Условием достижения положительного результата является интенсивное смесительное воздействие на активный материал в среде пластификатора при температуре 150-220^oC в специальном смесительном оборудовании, например, в двухчервячном экструдере.

В качестве пластификатора могут использоваться известные растворители полиэтилена, в частности, машинное масло. После интенсивного смешения активного материала в указанных выше условиях и формования электродной пластины необходимо частично или полностью экстрагировать пластификатор подходящим растворителем.

Возможность осуществления заявляемого изобретения показана на следующих примерах.

Активный материал заявляемого состава, в частности, для кадмиевого электрода никель-кадмиевого аккумулятора готовят сначала смешением при комнатной температуре, например, 99 кг кадмиевого активного вещества (CdO - 92 кг, Ni(OH)₂ - 7 кг), 1 кг порошкообразного полиэтилена с молекулярной массой 7,3·10⁶ и 27 л индустриального масла марки И-40. Затем смесь экструдируют через щелевую головку с помощью двухчервячного экструдера, в котором осуществляют окончательное смешение активного материала. Температура экструзии 180-200^oC. С целью интенсификации смешения применяют экструдер с червяками, имеющими по несколько смесительных элементов растирающего и диспергирующего действия и одинаковое направление вращения. Экструдируемую ленту прокатывают на трехвалковом каландре при температуре 150^oC. Получают резиноподобную ленту толщиной 0,6 мм. Из ленты вырезают заготовки с размерами 100х40 мм, которые напрессовывают с двух сторон на решетчатый токоотвод при температуре 160^oC и давлении 5 МПа. Из отформованного электрода экстрагируют масло с помощью бензина и сушат электрод в вытяжном шкафу. Полученный электрод при размерах 100х40х1,0 мм содержит 5,2 г активного вещества в пересчете на CdO. Электрохимические и механические характеристики электрода приведены в таблице (пример N 3).

Электрохимические испытания электродов проводили в ячейках.

Пакет электродов собирали из двух стандартных окисноникелевых электродов и одного кадмиевого. Сепаратор - стандартный винипластовый. Сборка пакета плотная. Электролит - водный раствор KOH (плотность 1,2 г/мл). Формировку электродов проводили током 2,5 мА/см² (2 цикла). Разряд проводили до напряжения 1 В.

Механические характеристики электродов оценивали по стандартным методикам на листовых заготовках после экстракции из них масла.

Прототип и другие варианты заявляемого состава активного материала, приведенные в таблице, приготовлены и испытаны таким же образом. При этом для прототипа выбран состав с максимальными электрохимическими характеристиками получаемых электродов, а именно (мас.%):
кадмиевое активное вещество - 99,0
полиэтилен с молекулярной массой 18·10⁴ - 0,5
полиэтилен с молекулярной массой 2·10⁶ - 0,5
Как видно из данных, приведенных в таблице, во всем заявляемом диапазоне состава активного материала электроды имеют электрохимические характеристики выше или незначительно ниже (при граничных составах), чем у наилучшего состава прототипа, и при этом намного превосходят прототип по гибкости и эластичности.

Гибкость и эластичность активного материала очень важны на всех стадиях изготовления химических источников тока, в частности, аккумуляторных батарей. Хрупкость электродов в реальном производственном процессе приводит к выкрашиванию активного материала, появлению сколов и трещин в электродных пластинах и, в результате, к отбраковке пластин и батарей. В действующем производстве материальные потери по этой причине огромны.

Формула изобретения

Активный материал электрода химического источника тока, содержащий активное вещество и полиэтилен, отличающийся тем, что полиэтилен взят с мол.м. от 6 · 10⁶ до 10⁷, при этом содержание компонентов составляет, мас.%:
Активное вещество - 98 - 99,8
Полиэтилен - 0,2 - 2,0

РИСУНКИ

Рисунок 1