ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА Российский патент 2005 года по МПК H01M6/10 H01M2/22 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к химическим источникам тока цилиндрических и призматичеоких конструктивных форм.

Изобретение может быть использовано при производстве химических источников тока различных электрохимических систем, например никель-цинковых, никель-кадмиевых, никель-лантановых, никель-железных, серебряно-цинковых, серебряно-кадмиевых и т.п.

Известен химический источник тока (ХИТ), содержащий разноименные спиральные электроды, причем у электродов одной полярности на одном конце торцы выходят за уровень электродов противоположной полярности. Коллекторная пластина с токоотводом выполнена с таким расчетом, чтобы она могла накрыть только часть торцов спиральных электродов, оставляя непокрытой другую часть, например, в виде мальтийского креста или звезды (авторское свидетельство СССР № 243519, кл. Н 01 M 10/28, 10/34. 1969).

В данном источнике тока существует потеря емкости из-за недостаточно хорошей сварки плотной коллекторной пластины в форме мальтийского креста или звезды с мягким торцом рулона отрицательного и положительного электродов, особенно при повышенных токовых нагрузках, что снижает надежность этой конструкции ХИТ в целом.

Известен патент РФ № 2152669, Н 01 М 4/24, Н 01 М 10/26, 2000 г., в котором токоотвод выполнен прессовкой токопроводящей основы.

Опрессовывание основы электрода и его отжиг в месте токоотвода приводят к ломкости токоотвода, т.к. возникает механическое напряжение при опрессовке.

За прототип изобретения принят химический источник тока (авторское свидетельство № 231646, кл. Н 01 М 10/28, 10/34, 1968), в корпусе которого помещен блок свернутых в рулон положительного и отрицательного электродов с несколькими гибкими токоотводами, выполненными в виде металлических лент, расположенных с равными интервалами по длине каждого электрода, при этом токоотводы у электродов разной полярности направлены в противоположные стороны по высоте корпуса, положительный электрод соединен, например, с дном корпуса, а отрицательный - с крышкой аккумулятора.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая надежность ХИТа, т.к.:

- большое количество токоотводов усложняет конструкцию источника тока, возрастает возможность их отрыва при скрутке электродов в рулон, что приводит к нарушению равномерности токовой нагрузки;

- большое количесто токоотводов уменьшает объем ХИТ, что снижает количество электролита в корпусе ХИТ;

- в местах соединения токоотводов с электродами возможно нарушение целостности сепарационного материала, расположенного между электродами.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и предлагаемого химического источника тока.

Поставленная цель достигается тем, что в химическом источнике тока, содержащем цилиндрический корпус с расположенным в нем рулоном свернутых по спирали электродов с гибкими токооотводами в виде металлических лент, соединенных с дном и крышкой корпуса, гибкие токоотводы длиной не менее высоты рулона электродов расположены по ширине наружных краев рулона положительного и отрицательного электродов, закреплены соответственно одними концами внутри загнутых и запрессованных краев электродов до толщины рабочих зон электродов, свободных от активных масс, а отрицательный и положительный электроды по длине соответственно со стороны дна и крышки корпуса выполнены с загнутыми и запрессованными кромками до толщины рабочих зон электродов, свободных от активных масс, при этом кромка положительного электрода и его гибкий токоотвод другим концом соединены с одной коллекторной пластиной, соединенной с крышкой корпуса, а кромка отрицательного электрода и его гибкий токоотвод другим концом соединены с другой коллекторной пластиной, соединенной с дном корпуса источника питания.

Анализ известных источников информации из уровня техники показал, что оригинальностью данного решения является:

- размещение гибких токоотводов в виде металлических лент длиной не менее высоты рулона электродов по ширине наружных краев рулона положительного и отрицательного электродов увеличивает площадь контакта гибких токоотводов с электродами, при этом сопротивление перехода от токоотводов к электродам снижается и возможна работа источника тока при больших токах;

- гибкие токоотводы закреплены соответственно одними концами внутри загнутых и запрессованных краев электродов до толщины рабочих зон электродов, свободных от активных масс, что исключает вероятность отрыва гибких токоотводов при скрутке электродов в рулон и обеспечивает надежность работы источника тока при повышенных токовых нагрузках, особенно в аккумуляторах больших номиналов, по сравнению с решением по а.с. №231646, 1968 г., где используется несколько токоотводов по длине каждого электрода;

- отрицательный и положительный электроды по длине соответственно со стороны дна и крышки корпуса выполнены с загнутыми и запрессованными кромками до толщины рабочих зон электродов, свободных от активных масс, что делает края электродов уплотненными и однородными, т.к. основой электродов, как правило, является сетка или перфорированная никелевая фольга, или пеноникель, а уплотненные и однородные кромки обеспечивают надежную сварку электродов с коллекторными пластинами и, соответственно, с дном и крышкой корпуса источника тока;

- расположение гибких токоотводов по ширине наружных краев рулона электродов исключает нарушение целостности сепарационного материала при скрутке электродов в рулон, что также повышает надежность ХИТ.

Выявленные отличительные признаки, а также их взаимосвязь не известны на дату подачи заявки на изобретение, не вытекают очевидным образом из существующего уровня техники, решение промышленно применимо, следовательно, соответствует критериям охраноспособности изобретения.

На фиг.1 схематично изображены электроды предлагаемого химического источника тока (ХИТ), на фиг.2 - источник тока, общий вид.

В корпусе 1 цилиндрической формы ХИТ помещены разноименные свернутые в рулон 2 положительный 3 и отрицательный 4 электроды с соответствующими токоотводами 5 и 6. Причем у электрода 4 отрицательной полярности на одном конце торец выходит за уровень электрода 3 положительной полярности. Гибкие токоотводы 5 и 6 выполнены в виде металлических лент, например, из никеля длиной не менее высоты рулона 2 электродов расположены по ширине наружных краев рулона 2 положительного электрода 3 и отрицательного электрода 4 (фиг.1) и закреплены соответственно одними концами внутри загнутых и запрессованных краев электродов 3 и 4 до толщины рабочих зон 7 (в которые вносятся активные массы) электродов 3 и 4, свободных от активных масс.

Другие концы токоотводов 5 и 6 у электродов 3 и 4 разной полярности направлены в противоположные стороны по высоте корпуса 1 (фиг.1). Электроды 3 и 4 по длине со стороны крышки 8 и дна 9 корпуса 1 ХИТ загнуты и запрессованы до образования кромок 10 и 11 (фиг.1), толщины которых равны толщинам рабочих зон 7 соответственно электродов 3 и 4. Кромка 10 электрода 3 и другой конец токоотвода 5 соединены с коллекторной пластиной 12, выполненной в форме перфорированного диска, соединенной с крышкой 8 корпуса 1, уплотненной резиновым клапаном 13 (фиг.2). Кромка 11 электрода 4 (фиг.1) и другой конец токоотвода 6 соединены с коллекторной пластиной 14 в форме перфорированного диска, которая в свою очередь соединена с дном 9 корпуса 1 ХИТ.

Сборку источника тока рассмотрим на примере рулонного металлгидридного аккумулятора НМГЦ-8,5 А, выпускаемого ОАО "Завод "Мезон".

Высота рулона электродов 2-82 мм (фиг.2). Электроды 3 и 4 выполнены из пеноникеля, толщина которого 1,6 мм, ширина электродов 3 и 4 по 87 мм каждый, причем их рабочие зоны 7, в которые вносятся активные массы, для данного корпуса 1 должны быть по 75 мм.

Тогда ширина каждого электрода 3 и 4, свободная от активной массы, по длине соответственно со стороны крышки 8 и дна 9 корпуса 1 равна 87-75=12 мм, которую загибают и запрессовывают, например, прессом или валиком до образования кромок 10 и 11, толщина каждой из которых вновь равна 1,6 мм, а ширина каждой кромки 10 и 11 становится по 3 мм.

Ширина каждого из электродов 3 и 4 становится равной по 78 мм. Сформированные таким образом кромки 10 и 11 уплотнены и однородны, что и обеспечивает качественную сварку электродов 3 и 4 к коллекторным пластинам 12 и 14.

Гибкие токоотводы 5 и 6 в виде металлических лент, например, из никеля длиной 100-104 мм для НМГЦ-8,5 А, а шириной от 3 до 6 мм, т.к. более широкие металлические ленты препятствуют скручиванию электродов 3 и 4 в рулон 2, размещают по ширине наружных краев рулона 2 электродов 3 и 4 (фиг.1), свободных от активных масс, закрепляют, например, сваркой соответственно одними концами внутри загнутых и запрессованных краев электродов 3 и 4 до толщины рабочих зон 7 электродов 3 и 4, свободных от активных масс, т.е. до 1,6 мм.

При этом длина каждого токоотвода 5 и 6 (фиг.2), выступающая из рулона 2 электродов 3 и 4 ˜ 20-22 мм, достаточная для присоединения соответственно к крышке 8 и дну 9.

Токоотвод 6 (фиг.2) другим концом, выступающим из рулона электродов, приваривают к перфорированной коллекторной пластине 14 в форме диска, которую, в свою очередь, приваривают к кромке 11 электрода 4 и ко дну 9 корпуса 1.

Токоотвод 5 (фиг.2) другим концом, выступающим из рулона электродов, приваривают к перфорированной коллекторной пластине 12 в форме диска, которую, в свою очередь, приваривают к кромке 10 электрода 3 и к крышке 8 корпуса 1, уплотненной резиновым клапаном 13.

Использование предлагаемой конструкции химического источника тока позволяет повысить его надежность особенно в источниках тока больших номиналов за счет:

- повышения качества соединения токоотводов и коллекторных пластин с электродами ХИТ;

- введенные гибкие токоотводы, расположенные внутри электродов, обеспечивают надежный токосъем.

Изобретение относится к химическим источникам тока цилиндрических и призматических конструктивных форм. Согласно изобретению химический источник тока содержит цилиндрический корпус с расположенным в нем рулоном свернутых по спирали электродов с гибкими токоотводами в виде металлических лент, соединенных с дном и крышкой корпуса, в котором гибкие токоотводы длиной не менее высоты рулона электродов расположены по ширине наружных краев рулона положительного и отрицательного электродов, закреплены соответственно одними концами внутри загнутых и запрессованных краев электродов до толщины рабочих зон электродов, свободных от активных масс, а отрицательный и положительный электроды по длине соответственно со стороны дна и крышки корпуса выполнены с загнутыми и запрессованными кромками до толщины рабочих зон электродов, свободных от активных масс, при этом кромка положительного электрода и его гибкий токоотвод концом соединены с одной коллекторной пластиной, соединенной с крышкой корпуса, а кромка отрицательного электрода и его гибкий токоотвод другим концом соединены с другой коллекторной пластиной, соединенной с дном корпуса источника тока. Техническим результатом изобретения является повышение надежности источника тока. 2 ил.

Химический источник тока, содержащий цилиндрический корпус с расположенным в нем рулоном свернутых по спирали электродов с гибкими токоотводами в виде металлических лент, соединенных с дном и крышкой корпуса, отличающийся тем, что гибкие токоотводы длиной не менее высоты рулона электродов расположены и закреплены по ширине наружных краев рулона положительного и отрицательного электродов, соответственно внутри загнутых и запрессованных краев электродов до толщины рабочих зон электродов, свободных от активных масс, а отрицательный и положительный электроды по длине соответственно со стороны дна и крышки корпуса выполнены с загнутыми и запрессованными кромками до толщины рабочих зон электродов, свободных от активных масс, при этом кромка положительного электрода и его гибкий токоотвод концом, выступающим из рулона электродов, соединены с одной коллекторной пластиной, соединенной с крышкой корпуса, а кромка отрицательного электрода и его гибкий токоотвод концом, выступающим из рулона электродов, соединены с другой коллекторной пластиной, соединенной с дном корпуса источника тока.