ЛИТИЕВЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА Российский патент 1998 года по МПК H01M2/26 H01M6/14 

Предполагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве химических источников тока.

Известен литиевый ХИТ [1], в котором блок электродов собирают на центральном стержне, на который крепят аноды в виде дисков, состоящих из металлической решетки с нанесенным на обе стороны решетки литием. Решетка приваривается к стержню. Катоды состоят из металлической решетки с нанесенной на ее поверхность катодной массой. Катод изолируют от стержня пластмассовыми втулками. Наружный диаметр катода подбирают таким образом, чтобы обеспечить надежный контакт с корпусом.

В аналоге [2] литиевый анод в блоке представляет собой набор параллельных плоских дисков с общим сплошным центральным стержнем на всю высоту элемента. Между анодными дисками расположены кольцеобразные катодные пластины с токоотводящими кольцами в середине. Токовыводящие кольца прикреплены к боковым стенкам корпуса. Токоотвод от центрального стержня изолирован от корпуса. Нижняя и боковые части анода также изолированы от корпуса.

В аналоге [3] блок электродов состоит из уложенных один на другой электродов в форме шайб. Наружный диаметр катода больше диаметра анода. Отверстия в центре анодов образуют общий канал, в который вставляют токовывод в виде стержня диаметром большим, чем канал, для обеспечения хорошего контакта анодов с токовыводом.

В аналоге [4] электрическое соединение анода с крышкой осуществляется посредством коллекторного стержня, окруженного изоляционной трубкой и проходящего через центральные отверстия в сепараторе, катоде и изоляционном слое, расположенных между анодом и крышкой.

В аналоге [5] электроды и сепараторы ХИТ имеют вид шайб. При сборке элемента в центрально отверстие электродов и сепараторов вставляют болт и внутренние участки анодов прижимают друг к другу с помощью гайки с применением прокладок. Болт, соединяющий аноды, заканчивают токовыводом, который выступает в центре крышки.

Общим для всех аналогов является наличие центрального стержня, который проходит через отверстия в центре электродов, что снижает их рабочую поверхность и приводит к уменьшению удельной энергии и мощности ХИТ.

В качестве прототипа заявляемого изобретения выбран литиевый источник тока, содержащий блок чередующихся разнополярных электродов, состоящих из металлической подложки с загнутой кромкой и лепестками - токовыводами и нанесенными на подложку положительными или отрицательными активными массами [6].

Недостатком прототипа является ненадежность такого ХИТ из-за возможности короткого замыкания подложек электрода одной полярности с лепестками-токовыводами электродов противоположной полярности в местах их прохождения.

Заявляемое изобретение направлено на повышение надежности литиевого источника тока, содержащего блок чередующихся разнополярных электродов.

Заявляемый литиевый источник тока, содержащий цилиндрический корпус, блок чередующихся разнополярных электродов, состоящих из металлической подложки с лепестками-токовыводами и нанесенными на подложку положительными или отрицательными активными массами, сепараторы, крышку, уплотнительную изоляционную прокладку и электролит, отличается тем, что подложку электродов блока имеют выемки в местах прохождения лепестков-токовыводов подложек электродов противоположной полярности. Подложки разнополярных электродов блока могут быть разделены кольцами из диэлектрического материала, либо выемки подложек электродов могут быть окантованы диэлектрическим материалом.

На чертеже изображено устройство заявляемого литиевого источника тока (фиг. 1, 2).

Положительная активная масса 1 нанесена с 2-х сторон на металлическую подложку 2 с 2-мя расположенными симметрично лепестками-токовыводами 3. Литий, или его сплав, или интеркалят нанесен с 2-х сторон на аналогичную металлическую подложку. Изготавливают два односторонних разнополярных электрода. Между электродами блока устанавливают сепараторы 4. Односторонние электроды размещают в противоположных концах блоках так, чтобы активные массы находились внутри блока. Разнополярные электроды в блоке размещены таким образом, что лепестки-токовыводы одной полярности находятся друг над другом. Загнутые лепестки-токовыводы одной полярности сваривают между собой. Подложки разнополярных электродов блока могут быть разделены кольцами из диэлектрического материала, либо выемки подложек электродов могут быть окантованы диэлектрическим материалом. По центру крышки и корпуса приваривают токовыводы с выступами, которые попадают в отверстие крайних электродов и не позволяют блоку смещаться в источнике тока при механических нагрузках, а также снижают контактное сопротивление между электродом и корпусом (крышкой).

Пример 1. Собирают литиевый аккумулятор диаметром 23 мм и высотой 2,5 мм с оксиднованадиевым катодом (У205) и литиевым анодом. Подложки электродов имеют диаметр 18 мм. Подложки положительного электрода изготовлены из листовой стали толщиной 0,05 мм и имеют выступы, на которых закрепляют катодные таблетки. Подложки отрицательного электрода изготовлены из решетки толщиной 0,06 мм. Подложки отрицательного электрода имеют выемки в виде среза параллельно лепесткам-токовыводам на глубину 0,3 мм. Края подложек положительного электрода имеют выемки круглой формы глубиной 0,35 мм перпендикулярно лепесткам-токовыводам. Лепестки-токовыводы выступают за периметр подложек на 0,7 мм. В сборке по 2 двусторонних и по 1 одностороннему положительному и отрицательному электроду. Толщина катодных таблеток - 0,14 мм, диаметр - 17 мм. Толщина литиевых дисков - 0,16 мм, диаметр - 17 мм. По центру крышки приварен токовывод с 3-мя выступами, которые входят в тело анода через центральное отверстие в крайнем отрицательном электроде, а по центру корпуса приварен токовывод, который при прижатии к нему блока входит своим загнутым выступом через центральное отверстие в крайний положительный электрод и расходится за край отверстия. Это предотвращает смещение блока при частотах вибрации до 300 Гц с ускорением до 5. Объем аккумулятора - 1,0 см³ . Проводят циклирование аккумулятора. Величина тока разряда равна 2,5 мА, а тока заряда - 1,25 мА. Аккумулятор заряжают до напряжения 3,4 В, а разряжают до 2,0 В. Номинальная емкость аккумулятора составляет 45 мАч. В приведенных условиях циклирования число зарядно-разрядных циклов составило 237 до достижения 50% номинальной емкости.

Пример 2. Собирают литиевый аккумулятор диаметром 23 мм и высотой 2,5 мм с оксиднониобиевым катодом (Nb 205) и анодом из литий-свинцового сплава (соотношение Li/Pb равно 3,5 атома Li к 1 атому Pb). Подложки электродов обеих полярностей изготовлены из решетки толщиной 0,06 мм и имеют диаметр 18 мм. Подложки имеют выемки в виде срезов параллельно лепесткам-токовыводам на глубину 0,3 мм. Лепестки-токовыводы выступают за периметр подложки на 0,7 мм. В сборке по 1 двустороннему и по 1 одностороннему положительному и отрицательному электроду. Подложки электродов разделены кольцами из пропилена. Внешний диаметр колец, разделяющих подложки, равен 18 мм; а внутренний - 17,2 мм; толщина колец - 0,6 мм. Толщина катодных таблеток - 0,20 мм, диаметр - 17 мм. Толщина пар литий-свинец составляет 0,26 мм, диаметр - 16 мм. Аккумулятор циклируют емкостью 25 мАч. Величина тока разряда равна току заряда и составляет 1,5 мА. Аккумулятор заряжают до напряжения 2,0 В. В этих условиях число зарядно-разрядных циклов составило 268 до достижения конечного напряжения разряда 0,8 В. Допустимый ток непрерывного разряда заряда аккумулятора составляет 15 мА.

Пример 3. Собирают литиевый элемент диаметром 23 мм и высотой 2,5 мм с полимонофторуглеродным катодом (CF)_n и литиевым анодом. Подложки электродов обеих полярностей изготовлены из решетки толщиной 0,05 мм и имеют диаметр 18 мм. Подложки имеют выемки в виде срезов параллельно лепесткам-токовыводам на глубину 0,25 мм. Выемки окантованы полипропиленом, толщина окантовки составляет 0,2 мм. Лепестки-токовыводы выступают за периметр подложки на 0,6 мм. В сборке по 2 двусторонних и по 1 одностороннему положительному и отрицательному электроду. Электроды разделены сепараторами из микропористого пропилена толщиной 0,025 мм и диаметром 18,5 мм. Толщина катодных таблеток - 0,25 мм, толщина анодных дисков - 0,10 мм. Диаметр катодных таблеток и дисков лития - 16,5 мм.

Элемент разряжают на нагрузку 30 кОм с периодическим накладыванием нагрузки величиной 60 Ом длительностью 3 сек. Элемент отдал емкость 212 мАч, а напряжение на импульсах не опускалось ниже 2,4 В.

В заявляемом литиевом источнике тока могут использоваться также жидкие катодные деполяризаторы: тионилхлорид, сульфурилхлорид, диоксид серы и др.

Использование: литиевые химические источники тока. Сущность изобретения: литиевый источник тока цилиндрического типа содержит блок чередующихся разнополярных электродов. Подложки внутренних электродов блока имеют выемки в местах прохождения лепестков-токовыводов подложек электродов противоположной полярности. Подложки разнополярных электродов могут быть разделены кольцами из диэлектрического материала, либо выемки подложек электродов могут быть окантованы диэлектрическим материалом. Такая конструкция повышает надежность источника тока. 2 ил.

Литиевый источник тока, содержащий цилиндрический корпус, блок чередующихся разнополярных электродов, состоящих из металлической подложки с лепестками-токовыводами и нанесенными на подложку положительными или отрицательными активными массами, сепараторы, крышку, уплотнительную изоляционную прокладку и электролит, отличающийся тем, что подложки электродов блока имеют выемки в местах прохождения лепестков-токовыводов подложек электродов противоположной полярности.