НИКЕЛЬ-ЦИНКОВЫЙ АККУМУЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК H01M10/30 H01M2/14 

Изобретение относится к электротехнической промышленности.

Известен никель-цинковый (НЦ) аккумулятор, содержащий положительные и отрицательные электроды, разделенные сепараторами, и щелочной электролит, в котором для повышения удельных характеристик соотношение количеств компонентов в активных массах отрицательного и положительного электродов составляет 0,6-0,9, а соотношение их емкостей - 1,5-1,9.

Однако, срок службы известного аккумулятора составляет 30-45 циклов, что ограничивает его применение.

Известен НЦ-аккумулятор, содержащий положительные и отрицательные электроды, разделенные сепараторами, щелочной электролит, в котором для повышения срока службы соотношение количеств активных компонентов в отрицательном и положительном электродах равно 1,00-1,15, а соотношение их емкостей - 2-2,5.

Аккумулятор имеет срок службы - 80-90 циклов (до снижения емкости до 80% от номинального значения). Увеличение в аккумуляторе запаса активной массы отрицательного электрода приводит к увеличению срока службы, но недостаточному для целого ряда областей практического применения. Недостатком предлагаемого аккумулятора является то, что соотношение активных масс в нем не увязано со свойствами применяемого сепаратора, который существенно влияет на срок его службы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является НЦ-аккумулятор, в котором применяемый в аккумуляторе сепаратор из набухающей органической пленки для увеличения срока службы аккумулятора отделен от отрицательного электрода дополнительным слоем из волокнистого микропористого материала. При этом предложено определенное соотношение между толщиной этого сепаратора и толщиной отрицательного электрода, но не установлено соотношение толщины набухающего сепаратора с суммарной толщиной положительных и отрицательных электродов, что не позволяет обеспечить оптимальную степень уплотнения аккумуляторного блока.

Срок службы аккумулятора - 100-150 циклов, при снижении емкости до 80% от номинального значения.

Цель изобретения - увеличение срока службы НЦ-аккумулятора.

Это достигается тем, что суммарная толщина δ_эл. положительного и отрицательного электродов, находится в определенном соотношении с общей толщиной δ_пл набухающего пленочного сепаратора, а именно
δ_эл/δ_пл= 10,8-14.

При этом для получения повышенного срока службы аккумулятора должна быть обеспечена оптимальная степень уплотнения аккумуляторного блока в сосуде, а именно отношение свободного зазора между внутренней стенкой сосуда и аккумуляторным блоком к суммарной толщине набухающей пленки должно находиться в пределах 0,7-1,3.

Сопоставительный анализ предлагаемого аккумулятора с прототипом показывает, что заявляемый источник тока отличается определенным соотношением суммарной толщины положительного и отрицательного электродов и свободного зазора между блоком электродов и стенками сосуда к суммарной толщине набухающего пленочного сепаратора.

На чертеже представлен предлагаемый аккумулятор, разрез.

Аккумулятор содержит положительные оксидноникелевые электроды 1, отрицательные оксидноцинковые электроды 2, расположенный между ними пакет.

Пакет сепараторов состоит из набухающей органической пленки 3 и дополнительного слоя волокнистого микропористого материала 4 на положительном электроде и 4' - на отрицательном. В незалитом аккумуляторе 5 имеется свободный зазор.

П р и м е р 1. Аккумулятор никель-цинковой системы номинальной емкости 25 А^.ч содержит в аккумуляторном блоке семь металлокерамических оксидноникелевых и восемь оксидноцинковых электродов. Электроды помещены в сепараторы из нетканого полотна (ФПП или полипропилен) и разделены сепаратором из нескольких слоев органической набухающей в электролите пленки.

Толщина положительных электродов (δ₊) 1,9 х 7 = 13,3 мм
Толщина отрицательных электродов (δ_-)1,6 х 8 = 12,8 мм
Толщина пленочного сепаратора 0,033 х 4 = 0,132 мм
Суммарная толщина
сепараторной пленки (δ_пл) 0,132 х 16 = 2,1 мм
Суммарная толщина
сепараторов из нетканого материала 0,09 х 30 = 2,7 мм
Отношение суммарной
толщины электродов к толщине δ_пл δ_эл/δ_пл= = 12.4 Внутренняя длина сосуда 33 мм Толщина аккумуляторного блока 30,9 мм Величина свободного зазора (δ_заз ) 2,1 мм;
Отношение δ_заз/δ_пл = 1
Срок службы аккумулятора 200-250 циклов.

П р и м е р 2. Аккумулятор той же конструкции, но с другими толщинами электродов (десять металлокерамических оксидноникелевых электродов и десять оксидноцинковых электродов).

Соотношение толщины электродов и толщины набухающего сепаратора близко к аккумулятору примера 1.

Толщина положительных электродов в блоке 1,5 х 9 = 13,5 мм
Толщина оксидноцинковых электродов 1,2 х 10 = 12 мм
Толщина пленочного сепаратора 0,033 х 4 = 0,132 мм Суммарная толщина пленочного сепаратора (δ_пл) 0,132 х 16 = 2,1 мм
Суммарная толщина
нетканых материалов 0,19 х 30 = 2,7 мм
Внутренняя длина сосуда 33 мм
Величина свободного зазора 33 - 31 = 2 мм
Отношение δ_эл/δ_пл= = 12.1
Отношение δ_заз/δ_пл= = 0.95
Срок службы аккумулятора 180-200 циклов
П р и м е р 3. Аккумулятор аналогичной конструкции, что в примерах 1 и 2, но с меньшим соотношением толщины электродов к толщине пленочного сепаратора и с другой степенью уплотнения аккумуляторного блока в сосуде.

Толщина положительных электродов 1,9 х 7 = 13,3 мм
Толщина отрицательных электродов 1,3 х 8 = 10,4 мм
Суммарная толщина электродов (δ_эл) 23,7 мм
Толщина набухающего
пленочного сепаратора 0,033 х 5 = 0,165 мм
Суммарная толщина
пленочного сепаратора 0,165 х 16 = 2,64 мм
Суммарная толщина нетканых
материалов 0,09 х 30 = 2,7 мм Внутренняя длина сосуда 33 мм
Величина свободного зазора (δ_заз) 3,96 мм
Отношение δ_эл/δ_пл= = 8.9
Отношение δ_заз/δ_пл= = 1.5
Срок службы аккумуляторов 100-120 циклов.

П р и м е р 4. Аккумулятор той же системы и конструкции, но с большим соотношением толщины электродов к толщине пленочного сепаратора и с другой степенью уплотнения аккумуляторного блока в сосуде.

Толщина оксидноникелевых
электродов в блоке 1,9 х 7 = 13,3 мм
Толщина оксидноцинковых
электродов в блоке 1,8 х 8 = 14,4 мм
Толщина пленочного сепаратора 0,033 х 3 = 0,099 мм
Суммарная толщина
пленочного сепаратора (δ_пл) 0,099 х 16 = 1,58 мм
Суммарная толщина
сепараторов из нетканых материалов 0,09 х 30 = 2,7 мм
Толщина аккумуляторного блока 32 мм
Внутренняя длина сосуда 33 мм
Величина свободного зазора (δ_заз) 1 мм
Отношение δ_эл/δ_пл= = 17.5
Отношение δ_заз/δ_пл = 1 : 1,58 = 0,63
Срок службы аккумулятора 60-70 циклов.

Варианты сборки аккумуляторов выбраны исходя из технологически возможных отличий в толщинах электродов при их изготовлении методом вальцевания и исходя из целесообразных изменений количества слоев пленок промышленного изготовления при их толщине δ_пл= 0,033 + 0,003 мк.

Пределы отношений параметров установлены с учетом допусков на толщину электродов и толщину пленки ( ± 10% ).

В таблице приведены данные о зависимости срока службы аккумуляторов от соотношения упомянутых параметров.

Таким образом реализация первого и второго вариантов НЦ-аккумулятора при δ_эл/δ_пл = 10,8 - 14 и δ_заз/δ_пл = 0,7 - 1,3 позволяет повысить его срок службы в 1,5-3 раза по сравнению с достигнутым в настоящее время сроком службы. (56) Сборник "Новое в производстве аккумуляторов". М. : ВНИИЭМ, 1960, с. 56-61.

Заявка Японии N 51-16223, кл. H 01 M 2/16, 1976.

Использование: щелочные никель-цинковые аккумуляторы. Сущность изобретения: в аккумуляторе обеспечивается оптимальная степень уплотнения электродного блока за счет отношения суммарной толщины положительного 1 и отрицательного 2 электродов к толщине набухающего в электролите пленочного сепаратора 3, равного 10,8 - 14,0, и отношения свободного зазора между блоком электродов и стенками сосуда к суммарной толщине пленочного сепаратора 3, равного 0,7 - 1,3. Электроды окружены сепаратором 4 и 4¹ из нетканого волокнистого микропористого материала, поверх которого размещен пленочный сепаратор 3. 1 ил. , 1 табл.

НИКЕЛЬ-ЦИНКОВЫЙ АККУМУЛЯТОР, содержащий сосуд, положительные и отрицательные электроды, разделенные комбинированным сепаратором, в состав которого входит сепаратор из набухающей в электролите пленки и сепаратор из нетканого материала, и электролит, отличающийся тем, что отношение суммарной толщины положительного и отрицательного электродов к толщине пленочного сепаратора равно 10,8 - 14,0, а отношение свободного зазора между блоком электродов и стенками сосуда к суммарной толщине пленочного сепаратора равно 0,7 - 1,3.