ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01M4/24 H01M4/80 H01M10/28 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве электродов щелочных аккумуляторов.

Известен электрод щелочного аккумулятора, содержащий токопроводящую основу в виде сетки с приваренным металлическим токоотводом и активную массу, нанесенную на сетку в виде пасты со связующим [1]
Недостаток вышеуказанного электрода связан с наличием в активной массе связующего, которое обволакивает активный материал, вызывая снижение активной поверхности электрода и коэффициента использования активного материала. Уменьшение содержания связующего снижает прочность электрода и приводит к осыпанию активной массы при циклировании.

Известен способ изготовления электрода щелочного аккумулятора, при котором изготавливают пористую основу путем прессования порошка карбонильного никеля на сетку, спекания пластины в восстановительной атмосфере и пропитывания спеченной пластины активными веществами [2]
Недостатком такого способа является его технологическая сложность и малая производительность из-за большого числа операций.

Из известных электродов щелочного аккумулятора наиболее близким по совокупности существенных признаков является электрод, содержащий пористую токопроводящую пластину из карбонильного никеля и активную массу, внедренную в поры пластины. Указанный электрод используется в никелькадмиевых аккумуляторах [3]
Недостатком этого электрода является большая толщина пористой основы, что снижает удельные электрические характеристики и ограничивает область применения из-за малой гибкости электрода.

Из известных способов изготовления электродов щелочного аккумулятора наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ, согласно которому проводят прокатку основы с применением активного смазочного вещества, спекание в восстановительной атмосфере и последующее внесение активной массы [4]
Недостатком вышеуказанного способа является то, что он не позволяет получить электрод с требуемой толщиной и пористостью.

Задачей изобретения является создание тонкого высокопористого электрода, обладающего высокими удельными разрядными электрическими характеристиками и способа его изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном электроде щелочного аккумулятора, содержащем пористую токопроводящую основу с токоотводом и активной массой, в качестве токопроводящей основы взята пористая никелевая фольга толщиной 30 150 мкм, пористостью 25 55% и размером пор 1,0 15 мкм.

Что касается заявляемого способа изготовления электрода щелочного аккумулятора, то в нем технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления электрода, включающем прокатку основы с применением активного смазочного вещества, спекание в восстановительной атмосфере и последующее внесение активной массы, в смазочное вещество вводят органический растворитель и перед прокаткой валки покрывают смесью активного смазочного вещества и органического растворителя, например олеиновой кислоты и ацетона.

Использование в качестве токопроводящей основы электрода пористой никелевой фольги толщиной 30 150 мкм, пористостью 25 55% и размером пор 1 15 мкм позволяет создать тонкие гибкие высокоактивные электроды, обладающие высокими удельными электрическими характеристиками и способные импульсно разряжаться при высоких плотностях тока.

Уменьшение толщины основы меньше 30 мкм приводит к снижению механической прочности электрода. Увеличение толщины основы более 150 мкм нецелесообразно, поскольку падают удельные характеристики электрода, увеличивается расход никеля, снижается гибкость электрода и его толщина приближается к толщине традиционных металлокерамических электродов.

Уменьшение пористости основы приводит к снижению активной поверхности электрода, а следовательно, и к снижению толщины разрядной плотности тока. Повышение пористости более 55% нецелесообразно, поскольку при этом снижается механическая прочность электрода и увеличивается его внутреннее сопротивление.

Размер пор основы определяет количество вводимой активной массы и внутреннее сопротивление электрода. Уменьшение размера пор основы менее 1 мкм приводит к ухудшению электрических характеристик электрода с этой основой. Это связано с тем, что активная масса, вводимая в основу при активации электрода, осаждается в порах, уменьшая их размер в пределе до ноля. Это снижает пористость электрода, затрудняя доступ электролита к активной массе. Это повышает внутреннее сопротивление электрода и приводит к снижению удельных электрических характеристик.

Целесообразно при изготовлении электрода, включающем прокатку основы, перед прокаткой основы валки покрыть смесью олеиновой кислоты в качестве активного смазочного вещества и ацетона в качестве растворителя.

Использование активного смазочного вещества при прокатке основы из металлического никелевого порошка снижает величину коэффициента внешнего трения на контакте порошок-валок, угол захвата порошка и угол внутреннего трения между частицами порошка.

Уменьшение коэффициента внешнего трения и угла захвата порошка позволяет уменьшить толщину прокатываемой основы электрода, а уменьшение угла внутреннего трения увеличивает плотность основы и снижает ее пористость. Для увеличения пористости основы необходимо снижать усилие на обжимных валках, но при этом увеличивается толщина прокатываемой основы электрода.

Введение в смазочное вещество растворителя позволяет сохранить малый угол захвата порошка, определяющий толщину основы, но при этом сохраняется достаточно большая величина угла внутреннего трения, что позволяет получить основу малой толщины при высокой пористости.

Используя при прокатке основы из металлического порошка смеси активного смазочного вещества и растворителя, можно значительно снизить усилие на обжимных валках и сохранить высокую пористость основы электрода при малой толщине.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного решения.

Установлено, что заявленное изобретение не следует для специалиста в данной области явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Пример практической реализации. Для изготовления пористой токопроводящей основы использовался порошок карбонильного никеля марки ПНК-16. Порошок подавался в прокатный стан ЮД2200. Прокаткой были получены основы электрода в виде ленты размером 100х100 мм в валках, смазанных смесью олеиновой кислоты и ацетона в соотношении 1:2. Полученные ленты спекались в атмосфере водорода в проходной печи при температуре 600^oC. Полученная лента имела толщину 40 мкм при пористости 40% и размере пор 1,5 мкм.

Изменяя дисперсность исходного порошка никеля, можно было варьировать пористость и размер пор основы.

Из полученных пористых основ были изготовлены положительный окисноникелевый и отрицательный кадмиевый электроды. Электроды были изготовлены по одинаковой технологии путем пропитки в растворе нитрата никеля для положительного электрода и нитрата кадмия для отрицательного электрода плотностью 1,40 г/см³ в течение 10 мин и обработке в растворе KOH плотностью 1,35 1,40 г/см³ в течение 10 мин. Обработка в указанных растворах проводилась при комнатной температуре под вакуумом (0,5 атм). После обработки электроды промывались в дистиллированной воде и сушились при температуре 90^oC.

Электрические характеристики полученных электродов исследовались в трехэлектродной ячейке со щелочным электролитом плотностью 1,26 г/см³, содержащем добавку гидроксида лития в количестве 30 г/дм³. В качестве центрального электрода в ячейке использовался исследуемый электрод, сепаратором служила капроновая ткань толщиной 200 мкм. Электроды циклировались током 10,0 12,0 мА, что составляет 0,1 C_ном. Определялись импульсные разрядные характеристики электродов. Установлено, что заявленный электрод может разряжаться импульсными токами 8 10 А, что составляет 80 C_ном.

Для сравнения в ячейке при тех же условиях был испытан положительный окисноникелевый электрод, изготовленный по традиционной технологии. Импульсный ток разряда для указанного электрода при прочих равных условиях составлял 8 C_ном, что в 10 раз меньше чем для заявляемого электрода. Таким образом, заявляемый электрод обладает более высокой активностью и более высокими удельными электрическими характеристиками за счет высокой пористости и малой толщины электрода.

Полученные данные подтверждают возможность практической реализации заявленного изобретения с достижением заявленного технического результата.

На основании вышеизложенного следует, что заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Источники информации
1. Заявка Японии N 46-13424, кл 57, с. 22, 1971.

2. Заявка Японии N 46-7989, кл 57, с. 22, 1971.

3. Заявка Японии N 46-7984, кл 57, с. 22, 1971.

4. Г.А. Виноградов и др. Прокатка металлических порошков. -М. Металлургия, 1969, с. 64.

Использование: производство щелочных аккумуляторов. Сущность изобретения: никелевый порошок прокатывают в валках, покрытых смесью активного смазочного вещества и органического растворителя, спекают в восстановительной атмосфере и вводят активную массу, фольговая основа полученного электрода имеет толщину 30 - 150 мкм, пористость 25 - 55% и размер пор 1,0 - 15 мкм. Это обеспечивает высокие удельные электрические характеристики. 2 с. и 2 з. п. ф-лы.

1. Электрод для щелочного аккумулятора, содержащий токопроводящую никелевую основу, токоотвод и активную массу, отличающийся тем, что основа выполнена из фольги толщиной 30 150 мкм, пористостью 25 55% с размером пор 1 15 мкм. 2. Способ изготовления электрода щелочного аккумулятора, включающий прокатку никелевого порошка в валках с применением активного смазочного вещества, спекание полученной основы электрода в восстановительной атмосфере и последующее внесение в основу активной массы, отличающийся тем, что в активное смазочное вещество вводят органический растворитель и полученной смесью покрывают валки перед прокаткой. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве активного смазочного вещества используют олеиновую кислоту. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя берут ацетон.