Паста положительного электрода свинцового аккумулятора (батареи) для транспортных средств

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве положительных электродов свинцового аккумулятора (батареи), используемого в транспортных средствах. Техническим результатом изобретения является укрепление механической прочности положительных электродов, увеличение емкости аккумулятора более чем на 6% и срока службы более чем в 2 раза. Согласно изобретению, паста для положительного электрода свинцового аккумулятора (батареи), содержащая окислы свинца, сульфат свинца, сульфат олова, свинец металлический, дополнительно содержит полиакрилонитрильное (нитроновое) коротко резанное волокно в качестве связующего вещества при следующем соотношении компонентов (мас.%): окислы свинца - 71,0-85,0, сульфат свинца - 12,0-15,5, свинец металлический - 1,3-5,4, сульфат олова - 0,2-8,0, связующее - волокно полиакрилонитрильное (нитроновое) коротко резанное - 0,1-1,5. 1 табл.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве свинцовых аккумуляторов (батарей для транспортных средств).

Известен состав пасты для положительного электрода, состоящей из окислов свинца, сульфата свинца и металлического свинца (М.Ф.Скалазубов. Активные массы электрических аккумуляторов. Новочеркасск, Политехнический институт, 1962, с.13-15).

Недостатком известной пасты является то, что из-за низкой механической прочности активной массы при циклировании аккумуляторов происходит ее оплывание, что, соответственно, приводит к низким емкостным характеристикам и сокращает срок службы свинцового аккумулятора с такими электродами.

Известна паста, содержащая дополнительно олово в количестве от 0,2 до 5,0 мас.% в качестве вещества, изменяющего морфологию, структуру положительной пасты и влияющего на кинетику электрохимических процессов положительного электрода, т.е. способствующего увеличению емкостных характеристик (патент США №6225005, кл. H 01 М 4/56, кл. НКИ: 429-225).

Недостатком такой пасты является низкая механическая прочность, что ограничивает ее область применения в положительных электродах автомобильного свинцового аккумулятора, и она может быть рекомендована только для использования в намазных положительных электродах свинцовых стационарных аккумуляторов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам является паста для положительного электрода, содержащая дополнительно к известной пасте порошковое металлическое олово или его соединения (в форме SnSO₄ или SnO) в количестве от 0,001 до 5 мас.% (патент США №6117196 кл. H 01 M 10/14, 29/623.5). Эти добавки полезны тем, что улучшают условия пропитки электродов электролитом, уменьшая при этом внутреннее сопротивление электродов, способствуют увеличению емкости аккумулятора. Также положительно влияние этих добавок на процесс кристаллизации сульфата свинца.

Однако недостатком такой пасты также является низкая механическая прочность, приводящая к увеличению технологического брака при механическом воздействии в процессе разрубки электродов.

Другой недостаток - преждевременный выход из строя аккумуляторов, эксплуатируемых в условиях повышенных механических нагрузок.

Целью настоящего изобретения является устранение этих причин, вызывающих ограничение срока службы аккумулятора, снижение емкости и прочности активной массы ее пористости и устойчивости к внешним воздействующим факторам.

Поставленная цель достигается использованием в качестве связующей добавки полиакрилонитрильного (нитронового) коротко резанного волокна с длиной нити 2-4 мм в количестве до 1,5 мас.% и сульфата олова в количестве до 8 мас.%, изменяющего морфологию и структуру активной массы положительного электрода, т.к. в процессе формирования положительной электродной пасты из сульфата олова образуется двуокись олова. Образованная двуокись олова осаждается на двуокиси свинца и создает проводящую "структуру" в активной массе положительного электрода, в результате чего повышается емкость и увеличивается срок службы аккумулятора.

Примеры приготовления положительной пасты с введением связующего вещества и сульфата олова согласно заявленному решению приводятся ниже. Основное требование к связующему веществу: механическая прочность, стойкость к окислению, влияние на пористость пасты и экономичность применения.

Пример 1.

Положительная паста, состоящая из окислов свинца 71,0 мас.%, сульфата свинца 15,5 мас.%, свинца металлического 5,4 мас.%, сульфата олова 8,0 мас.% и связующего - полиакрилонитрильного (нитронового) волокна 0,1 мас.%, повышает емкость 20-ти часового режима разряда до 107,6% от номинальной. Наработка на стенде циклированием составила 6 периодов.

Пример 2.

Положительная паста, состоящая из окислов свинца 75,0 мас.%, сульфата свинца 15,0 мас.%, свинца металлического 4,8 мас.%, сульфата олова 5,0 мас.% и связующего - полиакрилонитрильного (нитронового) волокна 0,2 мас.% повышает емкость 20-ти часового режима разряда до 107,5% от номинальной. Наработка на стенде циклированием составила 6 периодов.

Пример 3.

Положительная паста, состоящая из окислов свинца 78,0 мас.%, сульфата свинца 14,5 мас.%, свинца металлического 4,1 мас.%, сульфата олова 3,0 мас.% и связующего - полиакрилонитрильного (нитронового) волокна 0,4 мас.% повышает емкость 20-ти часового режима разряда до 107,3% от номинальной. Наработка на стенде циклированием составила 6 периодов.

Пример 4.

Положительная паста, состоящая из окислов свинца 80,0 мас.%, сульфата свинца 13,5 мас.%, свинца металлического 3,8 мас.%, сульфата олова 2,0 мас.% и связующего - полиакрилонитрильного (нитронового) волокна 0,7 мас.% повышает емкость 20-ти часового режима разряда до 106,9% от номинальной. Наработка на стенде циклированием составила 6 периодов.

Пример 5.

Положительная паста, состоящая из окислов свинца 83,0 мас.%, сульфата свинца 12,5 мас.%, свинца металлического 2,9 мас.%, сульфата олова 0,6 мас.% и связующего - полиакрилонитрильного (нитронового) волокна 1,0 мас.% повышает емкость 20-ти часового режима разряда до 106,2% от номинальной. Наработка на стенде циклированием составила 6 периодов.

Пример 6.

Положительная паста, состоящая из окислов свинца 85,0 мас.%, сульфата свинца 12,0 мас.%, свинца металлического 1,3 мас.%, сульфата олова 0,2 мас.% и связующего - полиакрилонитрильного (нитронового) волокна 1,5 мас.% повышает емкость 20-ти часового режима разряда до 106,1% от номинальной. Наработка на стенде циклированием составила 6 периодов.

Подбор оптимального соотношения компонентов положительной пасты проводился на опытных образцах аккумуляторных батарей 6СТ-55АЗ, которые испытывали в соответствии с требованиями ГОСТ 959-2002. Результаты испытаний батарей сведены в таблицу 1.

Таблица 1
Примеры	Соотношение компонентов, мас.%	Емкость 20 час. режима разряда, % от номинального значения	Наработка на стенде, циклированием, периоды по ГОСТ 959-2002
Окислы свинца	Сульфат свинца	Свинец металлический	Сульфат олова	Синтетическое полиакрилонитрильное (нитроновое) волокно коротко резанное с длиной нити 2-4 мм
1	71	15,5	5,4	8,0	0,1	107,6	6
2	75	15,0	4,8	5,0	0,2	107,5	6
3	78	14,5	4,1	3,0	0,4	107,3	6
4	80	13,5	3,8	2,0	0,7	106,9	6
5	83	12,5	2,9	0,6	1,0	106,2	6
6	85	12,0	1,3	0,2	1,5	106,1	6
Прототип	78	15	5	2,0	-	100	3

С целью уменьшения технологического брака из-за осыпания положительной электродной пасты, улучшения зарядно-разрядных характеристик, повышения срока службы свинцовых аккумуляторных батарей предлагается состав следующих компонентов высокоактивной пасты для положительного электрода свинцового аккумулятора, мас.%:

Окислы свинца	71,0-85,0
Сульфат свинца	12,0-15,5
Свинец металлический	1,3-5,4
Сульфат олова	0,2-8,0
Волокно полиакрилонитрильное
(нитроновое) коротко резанное	0,1-1,5

Эффективность от применения названной пасты по сравнению с общепринятой связана со стабилизацией зарядно-разрядных характеристик, а также с увеличением емкости более чем на 6% и срока службы более чем в 2 раза.

Паста для положительного электрода свинцового аккумулятора, содержащая окислы свинца, сульфат свинца, свинец металлический и сульфат олова, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно полиакрилонитрильное (нитронового) короткорезанное волокно в качестве связующего вещества при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окислы свинца	71,0-85,0
Сульфат свинца	12,0-15,5
Свинец металлический	1,3-5,4
Сульфат олова	0,2-8,0
Связующее - волокно полиакрилонитрильное
(нитроновое) короткорезанное	0,1-1,5