СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОКОННОГО ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО НИКЕЛЬ-КАДМИЕВОГО АККУМУЛЯТОРА Российский патент 2013 года по МПК H01M2/00 

Изобретение «Способ изготовления волоконного оксидно-никелевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора» относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов.

В настоящее время известно множество различных типов никель-кадмиевых аккумуляторов, отличающихся друг от друга способом изготовления электродных основ. В этом плане перспективными являются источники тока с волоконными электродами. Использование волокновых основ позволяет значительно сократить потребление металлического никеля на изготовление оксидно-никелевых электродов. Кроме того, существенно снижается потребление воды и электроэнергии. Применение пастированной технологии заполнения волоконных электродов активной массой также дает возможность уменьшить концентрацию соединений никеля в промышленных стоках и время, отведенное на выполнение технологического цикла изготовления оксидно-никелевых волоконных электродов.

Известен способ изготовления электрода на основе никелевого волокна или никелевой пены для химического источника тока [1], по которому электрод на основе никелевой пены спрессовывают с участком основы также из никелевой пены и с металлическим токосъемом, затем производят электрическую сварку и далее пастируют основу гидроксидом никеля.

Недостатками этого способа являются низкие циклические ресурсные и емкостные характеристики, что обусловлено отсутствием надежного контакта между частицами гидроксида и элементами структуры пористого никелевого каркаса.

Известен способ изготовления электрода [2], включающий нанесение активной массы на губчатый токоотвод, с последующей ее подпрессовкой.

Основными проблемами применения прессованных электродов являются осыпание активной массы и изменение формы электрода в процессе циклирования.

Известен способ изготовления спеченного комбинированного никелевого электрода [3] путем химического никелирования графитового матричного волоконного материала с последующим спеканием под сжатием в атмосфере сухого водорода при температуре 800°С в течение 0.25-2 ч, пропиткой спеченной электродной пластины электрохимическим способом (температура ванны 75°С, плотность тока 0.054 А/см³), формирование электрода активным материалом, включающее анодную и катодную обработку в электролите 20% КОН (7-этапный метод из 20-минутных циклов с плотностью тока 0.07, 0.0311, 0.11 А/см³), промывкой каждого из электродов в течение нескольких часов в проточной деионизованной воде и сушкой в течение 8 часов.

Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты, связанные с необходимостью спекания электрода в среде водорода при температуре 800°С.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому и потому принятым за прототип является способ изготовления оксидно-никелевого электрода на основе высокопористого материала волоконного типа [4].

Существенными признаками прототипа являются следующие операции и режимы:

1. Активация графитированного вискозного материала в растворе сернокислого никеля насыщением ионами никеля при концентрации 50-320 г/л в течение 5-75 минут.

2. Гальваническое никелирование графитированного вискозного материала.

3. Дополнительное осаждение никеля в зоне приварки токосъема гальваническим способом.

4. Подпрессовку зоны приварки токосъема электрода давлением 500-2100 МПа.

5. Приварка токосъема в зоне дополнительного осаждения никеля.

6. Электрохимическое осаждение гидроксида никеля.

7. Формирование электродов в избытке электролита.

8. Промывка электродов от гидроксида калия в конденсате.

9. Сушка электродов.

10. Дополнительное формирование электродов в избытке электролита в сжатом состоянии.

Сложная технология изготовления оксидно-никелевого электрода по указанному способу, высокая трудоемкость и энергозатраты приводят к возрастанию стоимости оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора.

Технической задачей изобретения является разработка экономически эффективного способа изготовления волоконного оксидно-никелевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с повышенными циклическими, ресурсными и удельными емкостными характеристиками.

Указанный технический результат достигается способом изготовления волоконного оксидно-никелевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора путем гальванического никелирования графитированного вискозного материала, пастированием электрода гидроксидом никеля, формированием, промывкой и сушкой электродов, в котором согласно изобретению при пастировании используют сферический гидроксид никеля со средним размером частиц 6,0-9,0 мкм.

Таким образом, существенными признаками заявляемого способа являются следующие технологические операции и режимы:

1. Активация графитированного вискозного материала в растворе сернокислого никеля.

2. Гальваническое никелирование графитированного вискозного материала.

3. Дополнительное осаждение никеля в зоне приварки токосъема гальваническим способом.

4. Подпрессовку зоны приварки токосъема электрода.

5. Приварка токосъема в зоне дополнительного осаждения никеля.

6. Пастирование высокопористой никелевой основы гидроксидом никеля с использованием сферического гидроксида никеля со средним размером частиц 6,0-9,0 мкм.

7. Формирование электродов в избытке электролита.

8. Промывка электродов от гидроксида калия в конденсате.

9. Сушка электродов.

10. Дополнительное формирование электродов в избытке электролита в сжатом состоянии.

Признаки 1,2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 - общие с прототипом. Признак 6 - новый, отличительный, что и обеспечивает соответствие предлагаемого способа критерию "новизна".

В заявляемом способе использование пастирования высокопористой никелевой основы с использованием сферического гидроксида никеля со средним размером частиц 6,0-9,0 мкм по признаку 6 позволяет улучшить эффективность заполнения порового пространства волоконной никелевой основы активной массой и в дальнейшем повысить удельные емкостные характеристики электрода. Указанный средний размер частиц 6,0-9,0 мкм является оптимальным для обеспечения полноты намазки высокопористой никелевой основы гидроксидом никеля, так как при среднем размере частиц меньше 6,0 мкм не обеспечивается полнота намазки электрода из-за недостаточности сцепления частиц гидроксида никеля с волокновой структурой каркаса, а при среднем размере частиц больше 9,0 мкм будет проходить интенсивное вымывание такого гидроксида никеля из пористого электродного каркаса, так как операция намазки будет проходить только на его поверхности и частицы гидроксида никеля не будут проходить внутрь каркаса.

Предлагаемый экономически эффективный способ позволяет изготавливать волоконный оксидно-никелевый электрод для щелочного аккумулятора с повышенными циклическими, ресурсными и удельными емкостными характеристиками. Использование данного изобретения в промышленности позволяет изготавливать волоконные оксидно-никелевые электроды для никель-кадмиевых аккумуляторов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Источники информации

1. Патент России №2054758, заявл. 02.11.1992 г.

2. Патент России №2044370, заявл. 08.04.1993 г.

3. Ferrahdo W., Lee W.W., Sutulla R.A., A.Lighweighted, Nickel Composition Electrode, Concept and Feasibility. Journal of Power Jources, Феррандо У. и др. Облегченный комбинированный никелевый электрод. Общее представление о возможности изготовления.

4. Патент России №2407112, заявл. 28.12.2009 г.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов с волоконными оксидно-никелевыми электродами. Изобретение направлено на повышение циклических, ресурсных и удельных емкостных характеристик волоконных оксидно-никелевых электродов никель-кадмиевых аккумуляторов за счет использования сферического гидроксида никеля. Способ изготовления волоконного оксидно-никелевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора включает гальваническое никелирование графитированного вискозного материала, пастирование электрода гидроксидом никеля с использованием сферического гидроксида никеля со средним размером частиц 6,0-9,0 мкм, формирование, промывку и сушку электрода.

Способ изготовления волоконного оксидно-никелевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора, включающий гальваническое никелирование графитированного вискозного материала, пастирование электрода гидроксидом никеля, формирование, промывку и сушку электрода, отличающийся тем, что при пастировании используют сферический гидроксид никеля со средним размером частиц 6,0-9,0 мкм.