СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАСТЫ АКТИВНОЙ МАССЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЭЛЕКТРОДНОЙ ЛЕНТЫ Российский патент 2007 года по МПК H01M4/32 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве электродов для щелочных аккумуляторов.

Известен способ изготовления электродной ленты путем заполнения высокопористой электродной основы пастообразной активной массой [1 - патент РФ №2186441, Н01М 4/26, опубл. 2002.07.27] при непрерывном пропускании высокопористой электродной основы снизу вертикально вверх через емкость с активной массой пастообразной консистенции между щетками, совершающими возвратно-колебательное движение навстречу друг другу вокруг осей, находящихся в одной плоскости.

Реализация данного способа изготовления электродной ленты предполагает постоянство консистенции пастообразной активной массы в ходе технологического процесса. Поскольку в состав пастообразных активных масс, применяемых в производстве электродов, входят частицы оксидов и гидроксидов металлов, сдвиговые деформации, имеющие место, например, при работе щеток, создают условия для агломерации частиц дисперсной фазы в соответствии с теорией Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека, сопровождающейся изменением реологических свойств, с последующей коагуляцией. Поэтому при отсутствии дополнительных мер, направленных на создание необходимой плотности заряда на поверхности частиц дисперсной фазы, недостатками известного способа изготовления электродной ленты [1] являются дискретность технологического процесса, изменяющаяся во времени эффективность заполнения высокопористой электродной основы активной массой, разноплотность ее по длине получающейся электродной ленты и невысокая воспроизводимость электрохимической емкости электродов.

В качестве прототипа выбран способ изготовления высокотекучей гидроксидно-никелевой пасты на водной основе [2 - патент США 4940553, приоритет 26.05.1989, Н01М 4/32], характеризующийся тем, что водные пасты, содержащие 30-50 объемных процентов (% об.) гидроокиси никеля, стабилизируют добавлением водорастворимых солей полифосфорных, а также ди- или полифосфоновых кислот и их производных.

Недостатками данного способа являются относительная дороговизна указанных дисперсантов и введение в активную массу электродов посторонних анионов, в том числе содержащих углерод в составе органических функциональных групп, подвергающихся окислительной деструкции в процессе работы изделия.

Задачей заявляемого способа стабилизации пасты активной массы при изготовлении электродной ленты является создание условий, препятствующих агломерации частиц дисперсной фазы, изменению реологических свойств и коагуляции пасты, с целью более эффективного и равномерного заполнения активной массой внутреннего объема пор высокопористой электродной основы и увеличения электрохимической емкости электродов в рамках непрерывного технологического процесса с применением дешевых и распространенных химических соединений, не содержащих посторонних анионов и лабильных к окислению органических функциональных групп.

Решение поставленной задачи достигается добавлением в пастообразную активную массу щелочи в количестве, необходимом для достижения концентрации С_ОН- (моль/кг), вычисляемой по формуле

где коэффициент k∈[1,5; 2],

α_i - массовая доля i-го компонента дисперсной фазы (металлического порошка, оксида или гидроксида) в пасте,

s_i (м²/кг) - удельная поверхность i-го компонента дисперсной фазы,

Г_максi (моль/м²) - концентрация активных центров ленгмюровской адсорбции

ОН^- - ионов на поверхности i-го компонента дисперсной фазы, вычисляемая по параметрам кристаллической решетки,

К_i - константа нестойкости гидроксикомплекса с участием атомов i-го компонента дисперсной фазы,

с⁰ _ОН-=max(c⁰ _iOH-) - концентрация ОН^--ионов в дисперсионной среде при нулевом заряде частиц хотя бы одного из компонентов дисперсной фазы.

Пример

В качестве пастообразной активной массы использовалась тщательно перемешанная смесь состава: 100 мас.ч. гидроокиси никеля, 5 мас.ч. фторопласта 4 Д в виде 60%-ной водной стабилизированной суспензии, 21-24 мас.ч. водного раствора едкого кали, имеющего концентрацию, необходимую для создания стабилизирующей концентрации, например, КОН в пределах 7,6-8 мкмоль/г пасты. Процесс получения электродной ленты в соответствии с заявляемым техническим решением протекал более 3,5 часов без признаков коллоидной нестабильности пасты и был лимитирован потребностью производства в электродных заготовках (таблица 1 №7-10). При отсутствии необходимого стабилизирующего воздействия процесс изготовления электродной ленты с использованием активной массы идентичного состава и высокопористой электродной основы из того же материала по известному способу [1] всегда ограничивался во времени появлением признаков агрегации и коагуляции пасты в течение не более чем 75 минут (таблица 1 №1-6).

Заявляемое техническое решение позволяет сократить расход материалов, снизить трудозатраты, повысить качество продукции и в результате этого может быть эффективно использовано при изготовлении положительных неспеченных электродов на базе высокопористых металлических электродных основ в виде ленты с применением различных пастообразных масс для любых типов щелочных аккумуляторов.

Таблица 1
Агрегационная стабильность паст активной массы в условиях сдвиговых деформаций№Массовая доля воды в пасте, %С_он-, μ моль/гВремя сдвиговой деформации, минПризнаки коагуляции пастыМеханическое перемешиваниеНанесение на ленту по способу [1]123,22О40-есть219,721,11-75есть318,911,05-75есть419,644,5260-нет518,054,1120-есть617,834,04160-есть717,837,55185-нет817,8316,20510-нет918,007,65-210нет1017,997,63-150нет

Источники информации.

1. Патент РФ №2186441 "Способ изготовления электродной ленты", Н01М 4/26, дата приоритета 29.08.2000 г.

2. Патент США №4940553 "Способ изготовления высокотекучей гидроксидно-никелевой пасты", Н01М 4/32, дата приоритета 26.05.1989 г.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу стабилизации пасты активной массы при изготовлении электродной ленты для щелочных аккумуляторов. Способ заключается в добавлении в пастообразную активную массу щелочи в количестве, необходимом для достижения стабилизирующей концентрации, вычисляемой на основании данных количественного состава и физико-химических свойств компонентов пасты по соответствующей формуле. Техническим результатом изобретения является сокращение расхода материалов, снижение трудозатрат и повышение качества продукции. Способ может быть также эффективно использован при изготовлении положительных неспеченных электродов на базе высокопористых металлических электродных основ в виде ленты с применением различных пастообразных масс для любых типов щелочных аккумуляторов. 1 табл.

Способ стабилизации пасты активной массы при изготовлении электродной ленты для щелочных аккумуляторов, заключающийся в добавлении в пастообразную активную массу химического стабилизатора, отличающийся тем, что в качестве такого стабилизатора используется щелочь в количестве, необходимом для достижения стабилизирующей концентрации, вычисляемой по формуле

где коэффициент k∈[1,5;2];

а_i - массовая доля i-го компонента дисперсной фазы (металлического порошка, оксида или гидроксида) в пасте;

s_i - удельная поверхность i-го компонента дисперсной фазы, м²/кг;

Г_максi - концентрация активных центров ленгмюровской адсорбции ОН^- ионов на поверхности i-го компонента дисперсной фазы, вычисляемая по параметрам кристаллической решетки, моль/м²;

К_i - константа нестойкости гидроксикомплекса с участием атомов i-го компонента дисперсной фазы;

с°OH-=max(с°_iOH-) - концентрация ОН^- - ионов в дисперсионной среде при нулевом заряде частиц хотя бы одного из компонентов дисперсной фазы.