ПОРИСТАЯ ОСНОВА ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01M4/80 H01M10/28 

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

Большинство применяемых электродов щелочных аккумуляторов, кроме ламельных, используют пористые токопроводящие основы, на которые наносится активная масса электрода [1] Технические характеристики основы (толщина, пористость, размеры пор и т.п.) во многом определяют электрические характеристики электродов, поскольку от характеристик основы зависит площадь активной поверхности, толщина и сопротивление электрода.

Известна пористая основа электрода никель-кадмиевого аккумулятора, выполненная из порошка карбонильного никеля, напрессованного на металлическую сетку [1]
Недостатком такой основы является ее большая толщина (1 2 мм), что снижает удельные характеристики электродов на такой основе.

Известен способ изготовления на металлическую сетку и последующее прессование никелевого порошка на металлическую сетку и последующее спекание в атмосфере водорода [1]
Недостатком вышеуказанного способа является сложность технологии и низкая производительность, что отрицательно влияет на стоимость производимой основы.

Из известных основ электрода щелочного аккумулятора наиболее близкой по совокупности существенных признаков является основа, выполненная из порошка никеля узкой фракции методом прессования и последующего спекания [2]
Недостатком вышеуказанной основы является ее значительная толщина и малая гибкость, что ограничивает области ее применения.

Из известных способов изготовления основ электрода наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ изготовления, при котором основу изготавливают путем прокатки металлического порошка в валках с применением активного смазочного вещества и последующего спекания в восстановительной атмосфере [3]
Однако этот способ не позволяет получить тонкую основу с заданной пористостью. При увеличении усилия поджатия валков для получения требуемой толщины (30 80 мкм) падает пористость пластины до 20 30%
Задачей изобретения является создание основы электрода, обладающей малой толщиной при заданной пористости, достаточной механической прочности и гибкостью, и способа ее изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что для известной основы электрода щелочного аккумулятора, выполненной из пористого металла, в качестве пористого металла взята пористая никелевая фольга толщиной 20 75 мкм, пористость 30 60% и размером пор 0,1 10 мкм.

Что касается способа изготовления, то результат достигается тем, что в известном способе изготовления основы электрода щелочного аккумулятора, включающем прокатку никелевого порошка с применением активного смазочного вещества и последующее спекание в восстановительной атмосфере, в смазочное вещество вводят органический растворитель и перед прокаткой полученной смесью покрывают валки. В качестве активного смазочного вещества используют например олеиновую кислоту, и органического растворителя например ацетон.

Использование пористой никелевой фольги толщиной 20 75 мкм, пористостью 30 60% и размером пор 0,1 10 мкм в качестве пористого металла основы позволяет получить тонкие гибкие высокоактивные электроды с высокими удельными электрическими характеристиками.

Уменьшение толщины основы ниже 20 мкм нецелесообразно, поскольку она будет иметь недостаточную механическую прочность. Увеличение толщины основы более 75 мкм снижает удельные характеристики электродов, использующих эту основу.

Значение пористости основы определяет активную поверхность электрода при ее активации. При пористости ниже 30% снижаются электрические характеристики электродов, при пористости выше 60% основа обладает малой механической прочностью.

Размер пор основы определяет количество вводимой активной массы и внутреннее сопротивление электрода.

При размере пор менее 0,1 мкм в них трудно ввести активное вещество и электрод будет иметь повышенную поляризацию из-за затруднения доступа электролита в тело электрода.

При размере пор более 10 мкм основа имеет повышенное омическое сопротивление и пониженную механическую прочность.

Целесообразно в качестве активного смазочного вещества при прокатке основы электрода использовать олеиновую кислоту, а в качестве органического растворителя ацетон.

Использование активного смазочного вещества при прокатке металлического порошка уменьшает величину коэффициента внешнего трения на контакте порошок-валок, угол захвата порошка и угол внутреннего трения между частицами порошка. Уменьшение коэффициента внешнего трения и угол захвата порошка позволяет уменьшить толщину прокатываемой ленты, а уменьшение угла внутреннего трения увеличивает плотность ленты и снижает пористость. Для увеличения пористости необходимо снижать усилие на обжимных валках, но при этом увеличивается толщина прокатываемой ленты.

Введение в смазочное вещество растворителя позволяет сохранить малый угол захвата порошка, но при этом сохраняется достаточно большой угол внутреннего трения, что позволяет получить тонкую ленту при высокой пористости и прочности.

Используя при прокатке порошка смеси активного смазочного вещества и растворителя, можно значительно снизить усилие на обжимные валки и сохранить высокую пористость порошка в прокатанной ленте.

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

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

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

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Пример. Порошок карбонильного никеля марки ПНК-16, предварительно отожженный в вакууме (1 10 мм рт.ст.) в течение 3 часов при температуре 250^oC, подавался в прокатный стан ЮД 2200. Прокаткой были получены ленты размером 100х100 мм в сухих валках и в валках, смазанных смесью олеиновой кислоты и ацетона в соотношении 1:2. Прокатные ленты спекались в атмосфере водорода в проходной печи при температуре 600^oC.

В сухих валках лента толщиной 60 мкм имела пористость 24% при размере пор 0,9 мкм.

При прокатке в смазочных валках лента при толщине 40 мкм имела пористость 45% при размере пор ≈ 1,5 мкм. Изменяя дисперсность исходного никелевого порошка, можно варьировать пористость и размер пор основы.

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

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки.

1. В.С.Багоцкий, А.М.Скундин, Химические источники тока, М. Энергоиздат, 1981, с. 197 198.

2. Н.С.Лидоренко. Г.Ф.Мучник, Электрохимические генераторы, М, Энергоиздат, 1982, с. 89.

3. 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, например, олеиновой кислоты и растворителя, например, ацетона. Полученная основа в виде фольги имеет толщину 20 - 75 мкм, пористость 30 - 60% и размер пор 0,1 - 10 мкм. Полученная основа имеет достаточную механическую прочность и гибкость. 2 с. и 2 з.п. ф-лы.

1. Основа электрода щелочного аккумулятора, выполненная из пористого никеля, отличающаяся тем, что пористый никель взят в виде фольги толщиной 25 - 75 мкм, пористостью 30 60% и размером пор 0,1 10,0 мкм. 2. Способ изготовления основы электрода щелочного аккумулятора, включающий прокатку никелевого порошка в валках с применением активного смазочного вещества и последующее спекание в восстановительной атмосфере, 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 смазочного вещества используют олеиновую кислоту. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве растворителя берут ацетон.