ТОКООТВОД ДЛЯ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА СВИНЦОВОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ Российский патент 2010 года по МПК H01M4/68 

Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано при производстве свинцовых стартерных аккумуляторов и батарей на их основе.

Параметром для оценки уровня оптимизации токоотвода является удельная плотность свинцового сплава в объеме токоотвода (P_V), которая выражается формулой

,

где m_T - масса токоотвода, г;

V_T - объем рабочей части токоотвода, см³ (без ушка и ножек).

Известен литьевой токоотвод (патент США №3989539, НКИ кл. 429-241, 1976 «Решетка аккумуляторной пластины» [1]), состоящий из 4-сторонней рамки, на верхней стороне которой расположено ушко, на нижней - опорные ножки. Внутри рамки имеется сетка, состоящая из горизонтальных, вертикальных и диагональных жилок, образующих контактную поверхность. Токоотвод имеет дополнительные укороченные жилки, расположенные возле ушка. При этом поперечное сечение основных вертикальных жилок переменное.

Недостатком такой конструкции является повышенный расход свинца на дополнительные вертикальные и наклонные жилки, что увеличивает удельную плотность сплава в токоотводе до 2,4 г/см³ и способствует снижению удельной энергии свинцового аккумулятора.

Кроме того, способ изготовления указанного токоотвода методом литья сопряжен с рядом существенных технических трудностей, таких как температурный режим, состав сплава, конструкция форм и т.д.

Известны токоотводы, изготовленные просечно-растяжным методом [2].

Наиболее близким к заявляемому токоотводу по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является токоотвод (патент РФ №2298263, кл. Н01М 10/06 [3]), в котором отрицательный токоотвод, изготовленный просечно-растяжным методом, представляет собой растяжную сетку и имеет 2 ребра жесткости (верхнее и нижнее). На верхнем ребре жесткости находится ушко, служащее для соединения электродов в электродный блок. Высота токоотвода в зависимости от типоразмера составляет: Н=135,0+1,5 мм или 118±1,5 мм или 103+1,5 мм. Ширина токоотвода Z=144±l,5 мм. Размеры, связанные с расположением ушка в верхней части, равны: F=39±0,1 мм, G=14±0,1 мм. Радиус округления R6=6,0±0,05 мм. Высота ребер H1=5,0±0,05 мм. Ширина и высота ячеек равны х=12,0±0,05 мм, у=6,95-8,35 мм.

Расчеты показывают, что при линейных размерах токоотвода, приведенных в указанном патенте, отношение:

- толщины токоотвода к толщине ленты находится в интервале 1,33÷1,1;

- длины верхнего торца ушка к длине нижнего равно 1;

- высоты ячейки к длине ячейки находится в интервале 0,6-0,7;

- значение удельной плотности сплава составляет 1,9-2,0 г/см³.

Цель изобретения - получить токоотвод для отрицательного электрода свинцовых стартерных батарей, изготовленный просечно-растяжным методом, конструкция которого обеспечивает допустимое снижение массы, повышение электропроводности, надежное удержание активной массы при одновременном увеличение ее объема.

Предлагается токоотвод отрицательного электрода свинцового аккумулятора, представляющий собой растяжную сетку и имеющий 2 ребра жесткости (верхнее и нижнее). На верхнем ребре жесткости находится ушко, верхняя часть которого выполнена в виде трапеции. Токоотвод отличается тем, что:

- уменьшена на 30% контактная поверхность растяжной сетки токоотвода с активным материалом, что возможно благодаря высокой проводимости отрицательной активной массы, которая позволяет увеличить площадь сечения ячеек под активный материал;

- увеличено отношение толщины токоотвода к толщине ленты для механического удержания активной массы от выпадения или предупреждения от внешних механических повреждений;

- уменьшено отношение длины верхнего торца ушка к нижнему торцу с целью снижения коррозионных процессов, протекающих в местах соединения ушек токоотводов с полюсным мостом;

- оптимизировано отношение высоты к длине ячейки с целью исключения выкрашивания пасты в процессе пастирования токоотводов.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом проводился с учетом чертежей.

На фиг.1 показан предлагаемый токоотвод для отрицательного электрода свинцового аккумулятора с выбранной конфигурацией ячеек (растяжная сетка); на фиг.2 - ячейка под активный материал; на фиг.3 - ушко токоотвода.

Токоотвод имеет два ребра жесткости (1 - верхнее, 2 - нижнее). На верхнем ребре расположено ушко 3, которое служит для соединения отрицательного электрода с полюсным мостом. Верхняя часть ушка на глубину погружения в мостик (5-7 мм) выполнена в виде трапеции. При этом отношение длин верхнего торца ушка к нижнему равно 0,57…0,6. Выполнение этого отношения будет способствовать уменьшению коррелирующей поверхности в местах соединения ушек отрицательных электродов с полюсным мостом и, следовательно, площадь некорродирующей поверхности моста над ушком, которая определяет жесткость конструкции, будет больше.

Контактная поверхность представляет собой растяжную сетку 4. Ширина и высота ячеек под активный материал равны: х=14,3±0,05 мм, у=10,34±0,05 мм. Высота токоотвода в зависимости от типа электродов составляет: Н=133±0,5 мм или 119±0,5 мм; ширина В=146±1,5 мм. Высота верхней части рамки H₁ составляет 5,28 мм, нижней Н₂-2,01 мм, толщина ленты 0,71^+0,05 мм, толщина токоотвода 1,1±0,1 мм, при этом отношение толщины токоотвода к толщине ленты равно 1,55, отношение высоты ячейки к длине - 0,72. Удельная плотность сплава предложенного токоотвода будет составлять 1,58 г/см³, что на 30% меньше в сравнении с прототипом (патент РФ №2298263, С1 МПК Н01М 10/06,4/68).

Использование предложенного отрицательного токоотвода с выбранной конфигурацией ячеек (растяжная сетка) минимизирует расход сплава, повышает удельную энергию на 5-7% и не допускает выпадение активной массы.

Безотходный, прогрессивный технологический процесс изготовления токоотводов позволяет сократить количество брака, повысить производительность до 60 м/мин.

Источники информации

1. Патент США № 3989539, НКИ 429-241, 1976.

2. Дасоян М.А., Агуф И.А. Основы расчета, конструирование и технологии производства свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергия, 1978, с.14.

3. Патент РФ № 2298263 С1, МПК H01M 10/06, 4/68 (прототип).

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве свинцовых стартерных аккумуляторов и батарей на их основе. Техническим результатом изобретения является снижение расхода сплава, повышение удельной энергии на 5-7%. Согласно изобретению токоотвод отрицательного электрода имеет два ребра жесткости (верхнее и нижнее). На верхнем ребре расположено ушко для соединения отрицательного электрода с полюсным мостом. Верхняя часть ушка токоотвода на глубину погружения в мост 5-7 мм выполнена в виде трапеции. При этом отношение длин верхнего торца ушка к нижнему торцу равно 0,5÷0,6, отношение толщины токоотвода к толщине ленты составляет 1,55, отношение высоты ячейки к длине - не менее 0,72. 3 ил.

Токоотвод для отрицательного электрода свинцовой аккумуляторной батареи, изготовленный просечно-растяжным методом, имеющий контактную поверхность, состоящую из растяжной сетки, 2 ребра жесткости (верхнее и нижнее), на верхнем ребре находится ушко, служащее для соединения отрицательного электрода с полюсным мостом, отличающийся тем, что верхняя часть ушка токоотвода на глубину погружения в мост 5-7 мм выполнена в виде трапеции, отношение длин верхнего торца ушка к нижнему торцу равно 0,57…0,6, отношение толщины токоотвода к толщине ленты составляет 1,55, отношение высоты ячейки к длине не менее 0,72.