СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 2000 года по МПК H01M4/12 

Предлагаемое изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к способу изготовления электрода химического источника тока на основе интерметаллидов лития, например, Li-Si, Li-Si-Al, Li-Si-B и др. Электроды из указанных сплавов применяются в тепловых источниках тока (ТИТ) и источниках тока с апротонными электролитами.

Известны различные способы изготовления электродов из сплавов лития. Наиболее часто применяемыми являются: пирометаллургический [1], заключающийся в сплавлении лития с компонентами сплава, размельчении, смешивании с электролитом и прессовании, и метод металлической матрицы, которая в элементе выполняет роль токосъемника, порошком сплава лития, приготовленного пирометаллургическим путем. Недостатками пирометаллургического способа является, во-первых, его недостаточная технологичность: метод требует специального оборудования (электропечи с инертной средой, мельницы, пресса и т.д.). Во-вторых, весьма токсичные аэрозоли соединений лития даже при соблюдении мер предосторожности попадают в воздушную среду производственного помещения. Недостатком метода пропитки является то, что этим способом нельзя изготовить электрод высокой удельной емкости, т.к. матрицу нельзя сделать меньше определенных размеров.

Метод состоит в совместной термообработке в поджатом состоянии лития с другими компонентами сплава при температуре выше температуры плавления лития.

Метод включают следующие операции: изготовление фольги лития, изготовление просечной сетки из алюминия, приготовление пасты из порошка со связующим - метасиликатом натрия, нанесение пасты кремния на сетку из алюминия, сушка, термообработка сетки с нанесенным слоем кремния, совместное тиснение пакета, состоящего из литиевой фольги, алюминиевой просечной сетки и алюминиевой сетки с нанесенным на нее кремнием. Затем производится вырубка и завальцовка заготовок электродов в корпусе и термообработка электрода при температуре выше температуры плавления лития. Термодиффузионным способом удается получить электроды с высокими удельными характеристиками. Однако способ включает много операций, некоторые из них, например, изготовление алюминиевой просечной сетки, нанесение пасты на сетку, тиснение лития с компонентами сплава и т.д. неконтролируемы и не дают возможности получения электродов с воспроизводимыми характеристиками.

С целью упрощения способа мы предлагаем следующий способ изготовления электрода. Получают слой компонента интерметаллида из смеси порошка компонента интерметаллида с размерами частиц от 40 до 350 мкм с асбестом путем фильтрации водной суспензии, содержащей компонент интерметаллида 89-97 мас.%, асбеста 11-3 мас.%, на плоскую поверхность и сушат отливку. Затем вырубают из нее заготовки, по размерам равные будущему электроду для совместной термообработки их в поджатом состоянии с литиевой фольгой того же размера.

В качестве волокнистого связующего нами применен асбест в виде волокон, образующий в воде устойчивую суспензию, что очень существенно, поскольку позволяет получать отливки со слоем равномерно распределенного порошка компонента интерметаллида (КИ) и асбеста. Соотношение количества лития и компонента интерметаллида (кремния, алюминия, бора и т.д.) выбирают таким образом, чтобы получить сплав (интерметаллическое соединение) заданного состава.

Преимущества предложенного способа:
1) простота технологического процесса. Отпадают операции: изготовление просечной сетки из алюминия, составление пакета литий-сетка-компонент интерметаллида, тиснение пакета в рельефных валках.

Отливки могут изготавливать вне участка изготовления литиевых электродов и использовать по мере надобности, т.к. срок хранения высушенных отливок неограничен;
2) предложенный способ позволяет осуществить безотказное производство, т.к. отходы, образующиеся после вырубки заготовок, используются при последующем изготовлении суспензии компонент интерметаллида -асбест-вода.

Отходы литиевой фольги после вырубки заготовок плавятся под слоем вазелинового масла, а полученный слиток вновь прокатывается в фольгу;
3) способ позволяет получать электроды заданного состава по содержанию лития и остальных компонентов (варьируя их соотношение), заданной емкости и толщины (варьируя количество литиевой фольги и отливок "компонент-асбест").

Совокупность отличительных признаков изобретения в литературе не найдена.

Пример N 1.

Изготовление электрода из LiSi по предложенному способу из порошка кремния разной дисперсности.

Поликристаллический кремний размалывали в шаровой мельнице и просеивали через сита: 1) 0040, 2) 035. В первом случае из порошка с размером частиц меньше 40 мкм не удалось изготовить равномерную отливку, т.к. в воде он образовал взвешенные частицы, которые оседали сверху асбеста.

При изготовлении отливки компонента интерметаллида из частиц кремния размером больше 350 мкм отливка "осыпается", т.к. крупные частицы кремния образуют нижний слой.

Хорошие прочные отливки компонента интерметаллида получаются при использовании порошка - смеси разного дисперсного состава между 40 и 350 мкм. Толщина их в зависимости от абсолютных количеств порошкообразного компонента и асбеста составляет от 0,3 до 0,85 мм.

Пример N 2.

Изготовление электрода LiSi по предложенному способу при разных соотношениях компонентов интерметаллида (КИ) и асбеста в виде отливки из водной суспензии, содержащей разные соотношения КИ и асбеста. Для этого приготовлялись водная суспензия из порошков кремния и алюминия фракции 40 - 350 мкм и асбеста. Соотношения КИ и асбеста проверялись КИ-А, мас.%: 98-2; 97-3; 94-6; 89-11; 88-12.

Из отливки после сушки вырубали заготовки диаметром 35 мм. В корпусе диаметром 35,5 мм, изготовленным из ленты малоуглеродистой стали толщиной 0,05 мм, помещались детали: отливка КИ диаметром 35 мм, диск литиевой фольги диаметром 35 мм толщиной 0,29 мм, 2 отливки КИ диаметром 35 мм. Корпус завальцовывался. Электрод опрессовывался и подвергался термообработке в поджатом состоянии при температуре 350±20^oC в течение 20 мин.

Изготовленный электрод представляет собой диск диаметром 35 мм толщиной 0,85 мм. Электрические характеристики электродов при разных соотношениях КИ-асбеста в отливке компонента интерметаллида указаны в таблице.

Из результатов испытаний следует, что характеристики элементов с электродами, изготовленными в соответствии с предлагаемым изобретением выше по сравнению с контрольными, однако при соотношении КИ-асбеста 88-12 мас.% характеристики ухудшаются. Поэтому предлагаем соотношение КИ-асбест: КИ - 89-97 мас.%, асбест - 11-3 мас.%.

Из результатов испытаний следует, что характеристики элементов с электродами, изготовленными в соответствии с предлагаемым изобретением выше по сравнению с контрольными, однако при соотношении КИ-асбест 88-12 мас.% характеристики ухудшаются. Поэтому предлагаем соотношение КИ-асбест: КИ - 89-97 мас.%, асбест - 11-3 мас.%.

Из приведенных примеров следует, что при значительном упрощении способа изготовления электродов (исключение операций просечения алюминиевой сетки, отжига сетки, нанесения на сетку кремниевой пасты, сушки сетки с пастой, тиснения пакета и т. д. ) электроды имеют лучше по сравнению с прототипом (контрольные элементы) электрические характеристики.

Литература
1. E. C. Gay, D.E. Vissers, Nen-Ping Yao, F.Y. Martino. Power sourсes 6 edited by D.H. Collins. London, N.Y., 1977, p. 735.

2. 4011372 A, 24.03.1977.

Изобретение относится к области химических источников тока, а именно к способу изготовления электродов. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса изготовления. Сущность изобретения заключается в совместной термообработке в поджатом состоянии листов литиевой фольги, чередующихся со слоями компонентов интерметаллида, при температуре, превышающей температуру плавления лития. Слой компонента интерметаллида получают из смеси его порошка с размерами частиц 40 - 350 мкм с асбестом путем фильтрации водной суспензии на плоскую поверхность при следующем соотношении компонентов, мас.%: компонент интерметаллида 89-97, асбест 3 - 11, и последующей сушки полученного слоя. 1 табл.

Способ изготовления электрода химического источника тока путем совместной термообработки в поджатом состоянии листов литиевой фольги, чередующихся со слоями компонентов интерметаллида, при температуре, превышающей температуру плавления лития, отличающийся тем, что слой компонента интерметаллида получают из смеси ее порошка с размерами частиц 40 - 350 мкм с асбестом путем фильтрации водной суспензии на плоскую поверхность при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:
Компонент интерметаллида - 89 - 97
Асбест - 3 - 11
и последующей сушки полученного слоя.