Способ изготовления двухслойных отрицательных электродов для герметически закрытых электрохимических источников тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к автои:коМм свидительствь

Союз Советских

Социалмстнчесних

Республик >999130 (89) 210109. ЧССР (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 29.08. 80 (21) 7771349/24-07

И11М. Ки. с присоединением заявки МН 01 N 4/30

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 2302,83. Бюллетень Йо 7

Дата опубликования описания 230283 (33) УДЙ 621 ° 3.035. . 2 (088. 8) Иностранцы

Иржи Мрга, Иржи Индра, Мирослава МусйЛова:j Войте1яс Коуделка и Иржи аффк *- . (ЧССР *.; -,, 3 г .:. „." 1

Иностранное предПРи

"Пражска Акумулаторка, народни подник, Млад леслав" (ЧССР) (72) Авторы изобретени я (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ

ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ ГЕРМЕТИЧЕСКИ ЗАКРЫТЫХ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ГОКА

Изобретение относится к методам изготовления отрицательных электродов для герметически закрытых элек-: трохимических источников тока, в

5 част ности, отрицательных электродов в герметически закрытых и i -Ñd аккумуляторах.

Известны способы, заключающиеся в использовании брикетов различной форьи, подготовленных прессовкой порошкообразных активных масс, покрытых перфорированным листом металла или металлической сеткой, а также в использовании электрохимических активных субстанций, приготовленных осаждением непосредственно на пористом

"никелевом корпусе, предварительноподготовленным металлопорошковым способом.

Однако известные методы производства электродов для герметически закрытых аккумуляторов имеют некоторые недостатки, исключающие применение одного из этих методов у всех типов герметически закрытых электрохимических источников. Производство электродов прессовкой вообще очень трудоемко, в случае применения перфорированного листа активная масса под влияни-: ем малой перфорации значительно огра2. ничена, в случае использования метал- лической сетки основным недостатком является высокая цена производства и малая возмодность механизации и автоматизации производственного процесса.

Электроды, подготовленные по вто-рому способу, т.е. комбинацией способа порошковой металлургии и много. кратной импрегнации, хотя и отличают ся высокой токовой нагружаемостью, однако большие расходы материала и необходимость многократной импрегнации черезмерно повышают цену этих электродов и ограничивают их использова«;. ние.

С целью максимального использования внутреннего пространства герметически закрытых аккумуляторов, в частности цилиндрического типа, целесообразным является катушечное расположение системы электродов. В этоМ случае электроды должны быть настолько эластичны, чтобы они могли быть согнуты в форме катушки. Этому требо" ванию соответствуют лишь электроды, подготовленные по способу порошковой металлургии, который однако для. массового производства экономически не- выгоден.

999130

Известен способ подготовки электродов, заключающийся в том, что смесь активной массы„ пластического связывающего вещества и пластификато- ра гомогенизируется в немного увлажненную порошковую смесь, которая при нормальной температуре наносится на ( токоприемник в форме перфорированного листа или металлической сетки.

Этот метод производства можно с успехом испольэовать при изготовлении 1О электродов для открытых аккумуляторов, работающих с избытком электролита, а также при изготовлении положительных электродов в герметически закрытых аккумуляторах, работающих с 35 электролитом, который капиллярно вяжется лишь в электродах обеих полярностей и в носителе электролита в форме ткани, одновременно выполняющей функции сепаратора. Задняя сторона отрицательного электрода в герметически закрытых аккумуляторах, отвернутая от .носителя электролита, служит для рекомбинации кислорода, возникающего на положительном электро-р5 де в процессе периода зарядки и этим, так называемым, кислородным округом, связанным с возникновением нежелательного вбдорода, затрудняется полная зарядка отрицательного электрода.зО

Рекомбинационная, т.е. поглощающая реакция кислорода протекает благодаря достаточно большому отрицательному потенциалу на отрицательном электроде, с достаточной скоростью, прежде всего, на металлических частях покрытия отрицательного электрода, :.е. на металлической сетке, перфорированном листе или на спеченном никелевом носителе активной массы.

Известны способы подготовки, при 40 которых рекомбинационнаяскорость кислорода повышается на кадмиевом электроде. В соответствии с патентом Чехословакии Р 136952 кадмиевый электрод электропроводно связан с порис- 45 тым телом на основе активного угля или подходящего металла, облегающего редукцию кислорода.

Этот способ, однако, сложен по технологии, так. как он требует отдель- 5Q ную подготовку пористого тела, а этим усложняется монтаж соответствующего аккумулятора.

Известен также способ, при котором используется тонкий слой, реком- 55 бинирующий кислород на отрицатель. ном электроде, жестко прикрепленный к этому электроду.

Недостатком этого решения является то, что тонкий слой покрывает в 60 соответствии с патентом Чехословакии

Р 129448 всю поверхность электрода, однако с точки зрения рекомбинации кислорода действенной остается лишь та часть слоя, которая находится в соприкосновении не с носителем электролита и сепаратором, а с газообразным пространством элемента. Отрицательные электроды, связанные пластином, применяющиеся у элементов с избытком электролита, хотя и устраняют недостатки, касающиеся технологии и монтажа, но они невыгодны в том смысле, что их токоприемник полностью развальцован в теле электрода, поэтому указанная рекомбинационная реакция на нем.происходить не может, а на собственной массе электрода она происходит с недостаточной скоростью.

В связи с этим зарядка и перезарядка герметически закрытого аккумулятора сопровождается возрастанием избыточного давления кислорода внутри аккумулятора, что при недостаточном избытке емкости отрицательного электрода относительно положительного электрода может вызвать нежелательное возникновение водорода на отрицательном электроде.

Эти недостатки устраняет предлагаемый способ производства отрицательных электродов у герметически закрытых электрохимических источников тока, заключающийся в том, что на токоприемник наносится смесь активной массы и вяжущего пластического вещества, которая при нормальной температуре прокатывается до тех пор, пока не создастся необходимый слой, котопый потом наносится.на обе стороны токоприемника, при последующей операции на одну сторону таким образом созданной полосы наносится тонкий слой катализатора, например, активный угол, сажа, графит, стальная вата и при нормальной температуре он накатывается на эту полосу, далее эта полоса разрезается на электроды требуемого р аз мер а.

Избыток давления внутри герметически закрытого электрохимического источника не достигает больших значе ний даже при длительной перезарядке, что обеспечивает его надежность при

его длительном использовании. (Отрицательные электроды не теряют даже после накатки катализирующего слоя свою эластичность .и способность сворачивания в катушку, поэтому их с успехом можно использовать и для цилиндрических типов электрохимических источников тока. Для кнопочных или призматических герметически закрытых электрохимических источников тока целесообразно за второй стадией накатки расположить механические ножницы или у электродов дисковой формывысекатель, что позволит применять автоматизацию при производственном процессе.

С экономической точки зрения выгодны и другие углеродные материалы, . 999130 также как сажа или графит, которые, кроме того, обладают большой стойкостью против коррозии. в щелочном электролите с потенциалом на кадмиевом электроде. . Для ускорения редукции кислорода целесообразно установить на газообразующей стороне отрицательного электрода дополнительный электрод, работающий с максимально расширенной границей раздела трех фаз, поэтому повиаают максимальную площадь соприкосновения газа с электролитом и катализатором его редукции. Для этой цели используются для.связки тонкие катализаторные слои гидрофобного плас. 15 та, выполняющего как:функцию связывающего вещества, так и гидрофобиэирующего средства. Таким образом, создадутся поры, заполненные газом, преобразованным в кислород рекомбиниру- 2р ющего слоя.

Процесс рекомбинации можно также ускорить накаткой последующего слоя металлической решетки, перфорированного листа или металлических волокон, р5 например, в форме металлической ваты, на поверхность полосы отрицательного электрода.

Обратное поглощение кислорода на отрицательном электроде можно еще ускорить тем, что одна сторона электродной полосы сразу же после накатки будет механически обработана, например, рифлением, таким .образом, что часть активной массы будет отстранена и тем самым в корпусе электрода откроет завальцованный коллектор, в .ре зультате чего возникнет поверхность, благоприятная для рекомбинационной реакции.

Накатка тонкого слоя катализатора 4О непосредственно иа газообразующую сторону отрицательного электродаобеспечит полный электрический контакт обоих слоев, а также достаточно большой отрицательный потенциал и у 45 катализирующего слоя. По предлагаемому способу создан локальный гальва. нический элемент металл-кислород, т.е. элемент, работающий в режиме электрического заьеыкания и.обеспечи- 5О вающий высокую способность поглощения кислорода.

Для обеспечения простого способа подготовки отрицательного электрода и доступного монтажа соответствующего элемента тонкий слой пористого вещества, повышающего рекомбинационную скорость кислорода, наносится непосредственно за накаткой первого слоя кадмиевого электрода. Тем самым воз- 66 никает двухслойный электрод в компактной форме, в котором оба слоя явля=.. ются максимально токопроэодными.

Кроме того, редукцию кислорода можно катализировать, напримеР, ак- 5 тивным углем либо в чистом виде, либо вместе с некоторыми катализирующими присадками, облегающими перенос электронов к адсорбированному кислороду и катализирующими при гетероген. ном разложении перекиси водорода, яв-. . ляющегося промежуточным продуктом ре дукцич кислорода.

Пример 1. 9.вес.ч. порошкообразного активного угля смешивается с одной частью ПТФЭ (тефлон) в состо янии дисперсии, и после фильтрации, промывки, сушки и измельчения этой смеси к ней добавляется 2 вес.ч. эти лового спирта. Полученная немного увлажненная смесь наносится путем на- : катки на газообразующую сторону толь-. о что подготовленного кадмиевого лектрода. Полосу высушивают и разре зают в соответствии с требуемым размером электрода.

Пример 2. Смесь подготавливается так же, как в примере 1, но только с той разницей, что вместо дисперсионного ПТФЭ (тефлон) используется порошкообраэный.

Пример 3, На гаэообразующую сторону кадмиевого электрода наносит ся накаткой тонкая стальная сетка иэ проволоки 0,15 мм, служащая катализатором, полученная полоса высушивается и раэрезается в соответствии с требуемыми размерами электрода.

Пример 4. На газообраэующую сторону кадмиевого электрода в качестке катализатора накатывается тонкий слой стальной ваты, полученной в ка- честве отхода при механической обработке металла," полученная полоса потом обрабатывается, как в примере 3..

Пример 5. Рекомбинационный слой, указанный в примерах 1-4, нака тывается на газообразующую сторону цинкового электрода у герметически закрытых Ni-Zn или Ag-kn аккумуляторов.

Процесс рекомбинации кислорода на отрицательном электроде, изготовлен-. ном накаткой, можно ускорить следую-. щим образом.

Вальцуется электродная полоса толщиной, равной половине требуемой, в следующей операции полоса разреэается на длину, равную двойной высоте электрода. Полученный электрод в гголозине перегнется таким образом, что возникнет .электрод требуемой высоты, однако двухслойный. Обе внешние поверхности электрода будут в контакте с носителем электролита, обе внутренние служат для рекомбинации-nchope-; да. Внутреннюю поверхность можно -увеличить за.счет прослойки иэ любого пористого материала, например, из решетки или эа счет любой другой дис- танционной прослойки.

999130

Формула изобретения

Составитель Ю.Драгомирова

Редактор О.Юрковецкая Техред T.Ìàòo÷êà Корректор N. Иароши

Заказ 116 9/76 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Пример 6. Электрод, вяжущий

Ьластиком, изготавливается перегибкой электродной полосы йоловинной толщины.

Тем самым возникает двухслойный элек-

*трод с возможностью рекомбинации кислорода на внутренних поверхностях.

1. Способ изготовления двухслойых отрицательных электродов для гер"1Î четически закрытых электрохимических источников тока, состоящих из двух слоев, первый из которых изготовлен

Из активной массы, связанной пластическим связывающим веществом, а второй изготовлен из тонкого слоя, рекомбинирующеГо кислород,о т л и ч а е т— с я тем, что на коллектор тока наносит- . ся смесь активной массы и пластического вяжущего вещества, которая при 2О н рмальной температуре прокатывается на слой, покрывающий обе стороны коллектора, в последующей операции на одну сторону таким образом созданной полосы наносится тонкий слой катализатора, например активный уголь, сажа, графит, стальная вата, и при нормальной температуре он прокатывается на эту сторону, после чего из таким образом созданной полосы разрезаются электроды требуемого размера.

2. Способ по п„1, о т л и ч а— е т с я тем, что накаткой изготавли вается электродная лента половинчатой толщины по сравнению с требуемой толщиной электрода, из ленты выстригаются электроды двойной высоты по сравнению с требуемой высотой электрода, перегибом этого электрода в половине его высоты со слоем катализатора, обращеНного во внутрь, получается удвоенный двухслойный электрод

3, Способпоп.2, отличаетс я тем, что перед перегибом электрода между слоями катализатора вкладывается дистанционная прослойка.

4. Способ по п.1, о.т л и ч а— е т с я тем, что в катализ аторном слое создаются газовые каналы присадкой (смесью) 3-30% от массы ПТФЭ (тефлон) к основному катализатору, после чего гомогеннзированный слой увлажняется пластификатором и односторонне навальцовывается на газообразующую сторону отрицательного электрода.. 5. Способ по п.1, о т л и ч а е тс я тем, что газообразующая сторона отрицательного электрода подвергается механической обработке, например, рифлением, таким образом, что часть активной массы отстраняется и открывает завальцованный коллектор тока.

При з нано из обретением по рез ультатам экспертизы, осуществленной

Ведомством по изобретательству Чехословацкой Социалистической Республики.