ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА С НЕВОДНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ Советский патент 1996 года по МПК H01M6/14 H01M6/16 

Изобретение относится к химическим источникам тока (ХИТ) с литиевым анодом и электролитом на основе апротонных органических растворителей и может быть использовано для автономного питания электронных устройств, часов, микрокалькуляторов, кинофотоаппаратуры и др.

Целью изобретения является увеличение удельных электрических характеристик ХИТ с органическим электролитом при эксплуатации в жестком импульсном режиме в области низких температур.

Использование конденсированного ароматического углеводорода нафталина - описано в ХИТ системы "литий-тионилхлорид".

В данном случае, добавка нафталина, создавая защитную пленку на поверхности лития, уменьшает скорость, глубину и, возможно, изменяет механизм химического взаимодействия находящихся в непосредственном контакте активных компонентов ХИТ- анод (литий) с тионилхлоридным катодом. В рассматриваемом же нами случае, т.е. в ХИТ с твердым катодом, электроды разделены пространственно. Это делает невозможным их прямое химическое взаимодействие, что принципиально меняет картину разряда, а также механизм влияния модифицирующих электролит добавок полициклических ароматических соединений.

Таким образом, описанный прием использования в ином функциональном назначении нафталина в ХИТ с жидким катодом не позволяет предсказать факт воздействия конденсированных ароматических соединений на характеристики литиевых ХИТ с твердым катодом, в особенности элементов, предназначенных для эксплуатации в условиях пониженных температур.

С другой стороны, выполненные в ходе разработки исследования показали, что введение в электролит, содержащий перхлорат лития, пропиленкарбонат, диметоксиэтан и конденсированное ароматическое соединение, дополнительно макроциклического полиэфира позволяет существенно усилить эффект, достигнутый при введении только лишь ароматического соединения.

К тому же, совместное введение в электролит добавок макроциклических полиэфиров и полициклических ароматических углеводородов обеспечивает синергизм их воздействия на рабочие параметры ХИТ, особенно в условиях разряда при пониженных температурах. Одновременное введение в электролит добавок, относящихся к двум названным классам органических соединений, позволяет резко повысить значения реализуемой емкости. Сказанное относится к результатам, полученным при сравнительных испытаниях экспериментальных элементов с тем, в котором использовали электролиты, не только не содержащие модифицирующие добавки, но и в сравнении с теми, в электролит которых была введена лишь одна (та или иная) из них.

Факт направленного воздействия на разрядную емкость и эффективность ХИТ путем одновременного введения конденсированных ароматических соединений и макроциклических полиэфиров равно как и их синергетическое влияние на изученные параметры, в литературе не описан и не следует из суммы опубликованных сведений. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия".

В качестве добавок к электролиту нами изучены антрацен и фенантрен, выбранные из класса конденсированных полициклических углеводородов, и макроциклические полиэфиры: дибензо-18-краун-6 (ДБ18К6), 18-краун-6 (18К6) и бензо-15-краун-5 (Б15К5).

Изобретение иллюстрируется приведенными конкретными примерами.

Испытания проводили на базе элементов системы Li-MnO₂ со спиральной намоткой электродов. Габариты элемента соответствовали международному стандарту CR 1 /3N (диаметр 11,6 мм высота 10,8 мм). Элементы являлись аналогами выпускаемых фирмой "Sanyo". Их испытания проводили в импульсном режиме разряда (см. выше) при плотности тока в импульсе 34 мА/см². В качестве базы сравнения использовали элементы с электролитами, не содержащими модифицирующих добавок.

Базовые электролиты: 1) 0,7 М раствор LiCIO₄ в смеси пропиленкарбонат-диметоксиэтан (1:1 по массе); 2) 0,5 М раствор LiCI0₄ в смеси пропиленкарбонат-диметоксиэтан (1:1 по массе).

Верхний предел концентрации вводимых добавок обусловлен их растворимостью в области низких (t^o -15 -20^oС) температур, а нижний определен из соображений проявления положительного эффекта по сравнению с базовым электролитом.

Результаты испытаний электролитов представлены в таблице.

Как следует из приведенных данных, введение в базовый электролит как конденсированного полициклического углеводорода, так и макроциклического полиэфира, значительно повышает и разрядную емкость, и эффективность, и количество импульсов разряда элементов. Это выражается в увеличении числа разрядных циклов, причем в большей степени это проявляется при пониженных температурах.

Наиболее явственно такое влияние проявляется при совместном присутствии добавок. Анализ экспериментальных данных показывает, что синергетический эффект от применения модифицирующих добавок проявляется во всем изученном концентрационном интервале.

Нижний предел, при котором обнаружено возрастание количества разрядных циклов экспериментальных ХИТ составляет 0,05% для полициклических ароматических углеводородов и 0,02% для макроциклических полиэфиров. Верхний предел ограничен наличием положительного эффекта. Уже при значениях 0,45% для полициклических ароматических углеводородов и 0,65% для макроциклических полиэфиров удельные электрические характеристики ХИТ резко падают, что видно из приведенных примеров. ТТТ1

Сущность изобретения: химический источник тока содержит корпус, литиевый анод, катод, сепаратор и апротонный электролит, содержащий мас. %: перхлорат лития 5,1-8,0; пропиленкарбонат 43,0-48,0; конденсированный полициклический ароматический углеводород 0,05-0,4; макроциклический полиэфир 0,02-0,6 и диметоксиэтан - остальное. 1 табл.

Химический источник тока с неводным электролитом, содержащий корпус, анод из металлического лития, катод, сепаратор и апротонный электролит на основе смесей органических растворителей пропиленкарбоната, диметоксиэтана и ионогенной соли перхлората лития, отличающийся тем, что, с целью повышений электрических характеристик в области низких температур, электролит дополнительно содержит конденсированный полициклический ароматический углеводород и макроциклический полиэфир при следующем соотношении компонентов, мас.

Перхлорат лития 5,1-8,0
Пропиленкарбонат 43,0-48,0
Конденсированный полициклический ароматический углеводород 0,05-0,4
Макроциклический полиэфир 0,02-0,6
Диметоксиэтан Остальное