Способ стабилизации пасты активной массы при изготовлении электродной ленты

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу стабилизации пасты активной массы при изготовлении электродной ленты для щелочных аккумуляторов. Способ заключается в добавлении в пастообразную активную массу щелочи в количестве, необходимом для достижения стабилизирующей концентрации, вычисляемой на основании данных количественного состава и физико-химических свойств компонентов пасты по соответствующей формуле. Техническим результатом изобретения является сокращение расхода материалов, снижение трудозатрат и повышение качества продукции. Способ может быть также эффективно использован при изготовлении положительных неспеченных электродов на базе высокопористых металлических электродных основ в виде ленты с применением различных пастообразных масс для любых типов щелочных аккумуляторов. 1 табл.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве электродов для щелочных аккумуляторов.

Известен способ изготовления электродной ленты путем заполнения высокопористой электродной основы пастообразной активной массой [1 - патент РФ №2186441, Н01М 4/26, опубл. 2002.07.27] при непрерывном пропускании высокопористой электродной основы снизу вертикально вверх через емкость с активной массой пастообразной консистенции между щетками, совершающими возвратно-колебательное движение навстречу друг другу вокруг осей, находящихся в одной плоскости.

Реализация данного способа изготовления электродной ленты предполагает постоянство консистенции пастообразной активной массы в ходе технологического процесса. Поскольку в состав пастообразных активных масс, применяемых в производстве электродов, входят частицы оксидов и гидроксидов металлов, сдвиговые деформации, имеющие место, например, при работе щеток, создают условия для агломерации частиц дисперсной фазы в соответствии с теорией Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека, сопровождающейся изменением реологических свойств, с последующей коагуляцией. Поэтому при отсутствии дополнительных мер, направленных на создание необходимой плотности заряда на поверхности частиц дисперсной фазы, недостатками известного способа изготовления электродной ленты [1] являются дискретность технологического процесса, изменяющаяся во времени эффективность заполнения высокопористой электродной основы активной массой, разноплотность ее по длине получающейся электродной ленты и невысокая воспроизводимость электрохимической емкости электродов.

В качестве прототипа выбран способ изготовления высокотекучей гидроксидно-никелевой пасты на водной основе [2 - патент США 4940553, приоритет 26.05.1989, Н01М 4/32], характеризующийся тем, что водные пасты, содержащие 30-50 объемных процентов (% об.) гидроокиси никеля, стабилизируют добавлением водорастворимых солей полифосфорных, а также ди- или полифосфоновых кислот и их производных.

Недостатками данного способа являются относительная дороговизна указанных дисперсантов и введение в активную массу электродов посторонних анионов, в том числе содержащих углерод в составе органических функциональных групп, подвергающихся окислительной деструкции в процессе работы изделия.

Задачей заявляемого способа стабилизации пасты активной массы при изготовлении электродной ленты является создание условий, препятствующих агломерации частиц дисперсной фазы, изменению реологических свойств и коагуляции пасты, с целью более эффективного и равномерного заполнения активной массой внутреннего объема пор высокопористой электродной основы и увеличения электрохимической емкости электродов в рамках непрерывного технологического процесса с применением дешевых и распространенных химических соединений, не содержащих посторонних анионов и лабильных к окислению органических функциональных групп.

Решение поставленной задачи достигается добавлением в пастообразную активную массу щелочи в количестве, необходимом для достижения концентрации СОН- (моль/кг), вычисляемой по формуле

где коэффициент k∈[1,5; 2],

αi - массовая доля i-го компонента дисперсной фазы (металлического порошка, оксида или гидроксида) в пасте,

si2/кг) - удельная поверхность i-го компонента дисперсной фазы,

Гмаксi (моль/м2) - концентрация активных центров ленгмюровской адсорбции

ОН- - ионов на поверхности i-го компонента дисперсной фазы, вычисляемая по параметрам кристаллической решетки,

Кi - константа нестойкости гидроксикомплекса с участием атомов i-го компонента дисперсной фазы,

с0ОН-=max(c0iOH-) - концентрация ОН--ионов в дисперсионной среде при нулевом заряде частиц хотя бы одного из компонентов дисперсной фазы.

Пример

В качестве пастообразной активной массы использовалась тщательно перемешанная смесь состава: 100 мас.ч. гидроокиси никеля, 5 мас.ч. фторопласта 4 Д в виде 60%-ной водной стабилизированной суспензии, 21-24 мас.ч. водного раствора едкого кали, имеющего концентрацию, необходимую для создания стабилизирующей концентрации, например, КОН в пределах 7,6-8 мкмоль/г пасты. Процесс получения электродной ленты в соответствии с заявляемым техническим решением протекал более 3,5 часов без признаков коллоидной нестабильности пасты и был лимитирован потребностью производства в электродных заготовках (таблица 1 №7-10). При отсутствии необходимого стабилизирующего воздействия процесс изготовления электродной ленты с использованием активной массы идентичного состава и высокопористой электродной основы из того же материала по известному способу [1] всегда ограничивался во времени появлением признаков агрегации и коагуляции пасты в течение не более чем 75 минут (таблица 1 №1-6).

Заявляемое техническое решение позволяет сократить расход материалов, снизить трудозатраты, повысить качество продукции и в результате этого может быть эффективно использовано при изготовлении положительных неспеченных электродов на базе высокопористых металлических электродных основ в виде ленты с применением различных пастообразных масс для любых типов щелочных аккумуляторов.

Таблица 1

Агрегационная стабильность паст активной массы в условиях сдвиговых деформаций
Массовая доля воды в пасте, %Сон-, μ моль/гВремя сдвиговой деформации, минПризнаки коагуляции пасты
Механическое перемешиваниеНанесение на ленту по способу [1]
123,22О40-есть
219,721,11-75есть
318,911,05-75есть
419,644,5260-нет
518,054,1120-есть
617,834,04160-есть
717,837,55185-нет
817,8316,20510-нет
918,007,65-210нет
1017,997,63-150нет

Источники информации.

1. Патент РФ №2186441 "Способ изготовления электродной ленты", Н01М 4/26, дата приоритета 29.08.2000 г.

2. Патент США №4940553 "Способ изготовления высокотекучей гидроксидно-никелевой пасты", Н01М 4/32, дата приоритета 26.05.1989 г.

Способ стабилизации пасты активной массы при изготовлении электродной ленты для щелочных аккумуляторов, заключающийся в добавлении в пастообразную активную массу химического стабилизатора, отличающийся тем, что в качестве такого стабилизатора используется щелочь в количестве, необходимом для достижения стабилизирующей концентрации, вычисляемой по формуле

где коэффициент k∈[1,5;2];

аi - массовая доля i-го компонента дисперсной фазы (металлического порошка, оксида или гидроксида) в пасте;

si - удельная поверхность i-го компонента дисперсной фазы, м2/кг;

Гмаксi - концентрация активных центров ленгмюровской адсорбции ОН- ионов на поверхности i-го компонента дисперсной фазы, вычисляемая по параметрам кристаллической решетки, моль/м2;

Кi - константа нестойкости гидроксикомплекса с участием атомов i-го компонента дисперсной фазы;

с°OH-=max(с°iOH-) - концентрация ОН- - ионов в дисперсионной среде при нулевом заряде частиц хотя бы одного из компонентов дисперсной фазы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности для изготовления анодных масс щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов. .
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности для изготовления анодных масс щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов. .
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности для изготовления анодных масс щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов. .

Изобретение относится к области технологии неорганических и электрохимических производств, конкретно к способам получения порошков для заполнения электродных ячеек никелевых аккумуляторов электрохимических элементов, а также к технологии производства катализаторов.

Изобретение относится к электрохимии, в частности к составам гидрата закиси никеля, применяемым в производстве химических источников тока. .

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к составам паст на основе гидрата закиси никеля, предназначенных для наполнения положительного электрода химических источников тока.

Изобретение относится к электротехнике и касается производств щелочных аккумуляторов. .

Изобретение относится к способу получения электропроводящих поверхностных слоев оксида никеля из никельсодержащего материала

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу изготовления водной пасты гидрата закиси никеля. В качестве исходного сырья используют щелочные промышленные стоки непосредственно с участка изготовления металлокерамических окислоникелевых электродов, содержащие примесь KOH, K2SO4 и взвесь гидрата закиси никеля, которые отстаивают, затем взвесь промывают и фильтруют. Изобретение позволяет получить мелкодисперсные высокоактивные фракции гидрата закиси никеля при упрощении способа. 3 з.п. ф-лы, 2 пр.
Изобретение относится к области изготовления щелочных аккумуляторов с металловойлочными оксидно-никелевыми электродами. Предложенный способ изготовления металловойлочных основ оксидно-никелевых электродов щелочных источников тока включает подготовку поверхности пористого полимерного материала путем нанесения первичного слоя металла с последующем покрытием гальваническим никелем, при этом подготовку поверхности пористого полимерного материала осуществляют путем нанесения слоя полианилина при полимеризации анилина, после чего нанесение первичного слоя металла проводят путем гальванического меднения. Получение равномерно металлизированной высокопористой основы металловойлочного оксидно-никелевого электрода при сохранении равномерности толщины и высокой электропроводности медного слоя является техническим результатом изобретения. 1 з.п. ф-лы, 2 прим.
Наверх