ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА СИСТЕМЫ ДИОКСИД МАРГАНЦА - ЛИТИЙ Советский патент 1995 года по МПК H01M6/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока (ХИТ) системы диоксид марганца-литий.

Известный ХИТ системы диоксид марганца-литий содержит металлический герметичный корпус, крышку с токоотводами, заливочное отверстие, изолирующий чехол, положительные и отрицательные электроды, сепараторы из пористого полипропилена, дополнительные прокладки, выполненные из термостойкого пористого материала, пропитанного легкоплавким инертным веществом, проницаемые для электролита и расположенные между электродами, и электролит.

Недостатком описанного технического решения является использование термочувствительных прокладок со значительной массой легкоплавкого инертного вещества, что ведет к увеличению межэлектродного зазора, повышению объемной доли балластных веществ в блоке электродов и в конечном счете к снижению удельных электрических характеристик источника тока. Согласно протоколу сравнительных испытаний в прототипе толщина термочувствительных прокладок составляет 0,5 мм, масса легкоплавкого инертного вещества в прокладке до 5,0 г, суммарная доля термочувствительных прокладок в объеме блока электродов достигает 23% Необходимость использования термочувствительных прокладок с таким количеством легкоплавкого инертного вещества обусловлена его возможными потерями при переходе в расплавленное состояние из-за частичного растворения в электролите и пропитки порового пространства полипропиленового сепаратора и катодного материала.

Нагрев легкоплавкого инертного вещества до плавления определяется расположением термочувствительной прокладки в межэлектродном пространстве. Согласно описанию прототипа термочувствительная прокладка отделена от положительного и отрицательного электродов слоем полипропиленового сепаратора, являющегося хорошим теплоизолятором. А так как при протекании электрического тока через блок электродов наибольшее тепло выделяется на положительном электроде (из-за большого омического сопротивления электролита в порах активной массы и поляризации электродов), то между термочувствительной прокладкой и поверхностью положительного электрода существует градиент температур и температура положительного электрода будет всегда выше температуры термочувствительной прокладки. Поэтому даже при достижении на термочувствительных прокладках температуры размягчения легкоплавкого инертного вещества, т. е. срабатывании тепловой защиты и резком снижении тока КЗ, за счет теплоотдачи от более разогретого положительного электрода будет продолжаться нагрев прокладок. При этом легкоплавкое инертное вещество расплавится и может частично перейти в электролит, пропитать поровое пространство полипропиленового сепаратора и катодный материал, т.е. определенная часть легкоплавкого инертного вещества термочувствительной прокладки теряется и не участвует в обеспечении тепловой защиты. Поэтому для компенсации возможных потерь и необходимо закладывать дополнительное количество легкоплавкого инертного вещества, которое в основном определяется объемом порового пространства полипропиленового сепаратора, прилегающего непосредственно к термочувствительной прокладке. Так, для термочувствительных прокладок площадью 140 см² (для прототипа по протоколу сравнительных испытаний) при общей массе 4-5 г доля легкоплавкого инертного вещества полиэтиленового воска, расходуемая на пропитку двух слоев полипропиленового сепаратора, составляет
m V ˙ θ ˙ d 2 г, где V объем полипропиленового сепаратора, равный 2S˙ l;
S площадь, равная 140 см²;
l толщина, равная 0,01 см;
2 количество слоев;
θ пористость, равная 0,8,
d плотность полиэтиленового воска, равная 0,9 г/см².

Таким образом, использование указанных термочувствительных прокладок при надежном обеспечении пожаровзрывобезопасности приводит к снижению электрических характеристик ХИТ (электрической емкости и мощности) за счет существенной доли балластных веществ в блоке рабочих электродов.

Целью предлагаемого изобретения является повышение удельных электрических характеристик ХИТ системы диоксид марганца-литий за счет уменьшения массы (толщины) термочувствительных прокладок при сохранении высокой пожаровзрывобезопасности при коротком замыкании.

Указанная цель достигается тем, что в химическом источнике тока системы диоксид марганца-литий, содержащем металлический герметичный корпус, крышку с токовыводами, заливочное отверстие, изолирующий чехол, положительные электроды, отрицательные электроды, сепараторы из пористого полипропилена, дополнительные прокладки, выполненные из неплавкого пористого материала, пропитанные легкоплавким парафинообразным веществом и проницаемые для электролита, и электролит, согласно изобретению дополнительные прокладки размещены непосредственно на рабочих поверхностях положительного электрода.

На фиг.1 показана конструкция предлагаемого источника тока; на фиг.2 расположение термочувствительных прокладок на положительном электроде.

Источник тока содержит герметичный корпус 1, крышку 2 с токовыводами 3, герметично приваренную к корпусу, на крышке имеется заливочное отверстие 4, завариваемое после заполнения источника электролитом, положительные 5 и отрицательные 6 электроды, изолированные от корпуса изолирующим чехлом 7. Между электродами имеются сепараторы из пористого полипропилена 8 и дополнительные прокладки 9, размещенные на положительном электроде 5; источник залит электролитом 10.

При коротком замыкании электроды источника тока разогреваются до температуры размягчения легкоплавкого инертного вещества дополнительных прокладок, происходит изменение пористой структуры прокладок в сторону уменьшения ее проницаемости для электролита, в результате чего повышается внутреннее сопротивление ХИТ и ток короткого замыкания снижается до безопасных величин. А поскольку дополнительные прокладки расположены на положительном электроде и имеют хороший тепловой контакт с активной массой электрода, то срабатывание тепловой защиты происходит практически мгновенно, и перегрева легкоплавкого инертного вещества до расплавленного состояния не происходит, т.е. исключаются его потери за счет перехода в электролит, пропитки полипропиленового сепаратора и активной массы положительного электрода. Учитывая это дополнительные прокладки могут иметь значительно меньшую массу легкоплавкого вещества, чем в прототипе; соответственно уменьшится и толщина прокладок. В то же время уменьшение объемной доли балластных веществ в блоке электродов позволяет увеличить закладку электродных материалов в ХИТ. Таким образом, применение предлагаемой конструкции ХИТ с дополнительными прокладками меньшей массы и соответственно толщины повышает электрическую мощность ХИТ за счет уменьшения электрического сопротивления в межэлектродном пространстве и электрическую емкость за счет увеличения объемной доли закладываемых в ХИТ электродных материалов.

Сравнительные испытания ХИТ предлагаемой конструкции и прототипа показали, что при сохранении высокой пожаровзрывобезопасности при КЗ за счет изменения расположения термочувствительных прокладок их масса и толщина могут быть уменьшены в 2 раза по сравнению с прототипом: масса с 4,5-5,0 г до 2,2-2,5 г; толщина с 0,45-0,50 мм до 0,20-0,25 мм; объемная доля в блоке электродов с 23 до 10% Электрическая емкость ХИТ предлагаемой конструкции повысилась на 17% а мощность на 50%

Сущность изобретения: в химическом источнике тока системы диоксид марганца литий на поверхностях положительных электродов, обращенных к отрицательным электродам, установлены дополнительные прокладки из термостойкого пористого материала, пропитанного легкоплавким инертным веществом. В результате такого расположения прокладок снижается инерционность срабатывания тепловой защиты, уменьшается весовой вклад защитных элементов в конструкцию источника тока. 2 ил.

ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА СИСТЕМЫ ДИОКСИД МАРГАНЦА ЛИТИЙ, состоящий из корпуса с установленными в нем положительными и отрицательными электродами, между которыми расположены сепараторы и дополнительные прокладки, выполненные из термостойкого пористого материала, пропитанного легкоплавким инертным веществом, и электролита, заполняющего межэлектродное пространство, отличающийся тем, что, с целью повышения удельных характеристик при сохранении высокой взрывобезопасности, дополнительные прокладки размещены непосредственно на поверхностях положительных электродов, обращенных к отрицательным электродам.