пуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в

Классы МПК:H01M6/02 конструктивные элементы
H01M6/16 с органическим электролитом
Патентообладатель(и):Куксенко Сергей Петрович
Приоритеты:
подача заявки:
1993-11-25
публикация патента:

Использование: пуговичные литиевые элементы бытового назначения. Сущность изобретения: литиевый элемент содержит корпус, таблетку катодной массы на токоотводе корпуса, сепаратор, герметизирующую прокладку, анод из лития или его сплавов, опорное кольцо, установленное с зазором относительно боковой поверхности катодной таблетки, свободный электролит, размещенный в указанном зазоре, и крышку. Объем свободного электролита составляет 0,3 - 0,8 от объема таблеток катодной массы. 1 ил.
Рисунок 1

Формула изобретения

Пуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 В, содержащий корпус, таблетку катодной массы на токоотводе корпуса, свободный органический электролит, сепаратор, герметизирующую прокладку, анод из лития или его сплавов, крышку и опорное кольцо, отличающийся тем, что опорное кольцо установлено с зазором относительно боковой поверхности катодной таблетки, в указанном зазоре размещен свободный электролит, объем свободного электролита составляет 0,3 0,8 объема таблетки катодной массы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности, к производству пуговичных литиевых элементов с номинальным напряжением 1,5 B.

Известен пуговичный 1,5 В литиевый элемент с катодной массой на основе CuO, в котором для поглощения разбухания катода при разряде и уменьшения роста элемента используется Ni-губка, размещаемая между крышкой и анодным диском, а таблетка катодной массы размещена в обойме опорно-удерживающего кольца [1] Недостатком такого элемента является сравнительно низкая емкость из-за относительно малого количества лития в анодном пространстве, часть которого занята инертной никелевой губкой, а также относительно низкий коэффициент использования активного материала катода при высоких нагрузках и рост внутреннего сопротивления элемента в конце разряда.

Известен пуговичный 1,5 В литиевый элемент, в котором катодная таблетка на основе Bi12PbO19 или FeS, или FeS2, или смеси FeS2 и CuO помещена в опорно-удерживающее кольцо, а для уменьшения роста элемента из-за разбухания катодной массы используется волокно-поглотитель, размещаемый в анодном пространстве между диском лития и сепаратором [2-4] Поглотитель одновременно служит емкостью для электролита. Недостатком этого элемента является относительно низкая емкость из-за малого количества лития в анодном пространстве, часть которого занята поглотителем, а также относительно высокое внутреннее сопротивление из-за экранирования электродов поглотителем, низкий коэффициент использования активного вещества катода при высоких нагрузках, повышение внутреннего сопротивления элемента к концу разряда из-за уплотнения катода и высыхания сепаратора, длительное время выхода на верхний допустимый предел рабочего напряжения (1,5 В пуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 206128320% т.е. 1,8 В) и существенный рост элемента. Элемент габарита 1121 системы Li-FeS при емкости 46 мАпуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283ч разбухает к концу разряда более чем на 0,3 мм [3] элемент Li-FeS2 габарита 1130 при емкости 60 мАпуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283 ч разбухает на 0,35 мм [4] что недопустимо в прецизионных устройствах, таких как электронные наручные часы.

В качестве прототипа заявляемого изобретения выбран пуговичный 1,5 В литиевый элемент, содержащий корпус, таблетку катодной массы, помещенную в перфорированную чашку, которая омывается свободным электролитом, герметизирующую прокладку, литиевый анод, крышку, сепаратор и электролитоудерживающий войлок-поглотитель, который размещен между сепаратором и анодом. Перфорированная чашка одновременно выполняет функцию опорного кольца для герметизирующей прокладки [5] В этом элементе по сравнению с предыдущими аналогами снижается вероятность высыхания сепаратора к концу разряда и уменьшается время выхода на верхний предел рабочего напряжения (1,8 В) из-за относительно малой площади поверхности катода, обращенной к аноду. Недостатками элемента являются относительно низкая емкость из-за размещения в анодном и катодном пространствах инертных материалов (войлока-поглотителя и перфорированной чашки соответственно), низкий коэффициент использования активного материала катода из-за самоуплотнения катода внутри катодной чашки и уменьшения рабочей поверхности, относительно высокое внутреннее сопротивления из-за экранирования электродов войлоком-поглотителем.

Изобретение направлено на повышение емкости пуговичного 1,5 В литиевого элемента, повышение коэффициента использования активного материала катода, уменьшение внутреннего сопротивления элемента и устранение повышения внутреннего сопротивления к концу разряда.

Заявляемый пуговичный 1,5 В литиевый элемент, содержащий корпус, таблетку катодной массы на токоотводе корпуса, свободный органический электролит, сепаратор, герметизирующую прокладку, анод из лития или его сплавов, крышку и опорное кольцо, отличается тем, что таблетка катодной массы боковой поверхностью находится в непосредственном контакте со свободным электролитом, а отношение объема свободного электролита к объему таблетки катодной массы составляет от 0,3 до 0,8.

Таблетка катодной массы изготовлена на основе соединений, выбранных из группы CuO, Bi2O3, PbO, Pb3O4, CuS, FeS2, FeS или их механических смесей, твердых растворов и их химических соединений друг с другом.

На чертеже представлено схематичное изображение предлагаемого электролита, где 1 крышка, 2 корпус, 3 прокладка, 4 катодная таблетка, 5 опорное кольцо, 6 анод, 7 свободный электролит, 8 сепаратор, 9 токоотводное кольцо.

В предлагаемом элементе нет экранирования электродов, а катод при разряде элемента разбухает в основном по диаметру, а не по высоте. Это по сравнению с прототипом уменьшает рост элемента при одновременно более высокой емкости, устраняет рост внутреннего сопротивления к концу разpяда, так как площадь поверхности катода возрастает, возрастает также коэффициент использования активного материала катода. Разрядная кривая такого элемента более пологая, т.е. повышается стабильность разрядного напряжения.

Емкость элемента и его рост в процессе разряда зависят от природы активного материала катода. По величине разбухания на единицу начального объема катодные материалы располагаются в следующем порядке: FeS2 (162%), FeS, CuO (78% ), CuS, Bi2O3, Bi2Рb2O5 (53%), Pb3O4, PbO. Чем больше разбухание активного катодного материала, тем выше должно быть оптимальное отношение объема свободного электролита к объему катодной таблетки.

Сущность изобретения демонстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. Собирают серию элементов системы Li-CuO габарита 921 (диаметр 9,5 мм, высота 2,05-02 мм) с отношением объема свободного электролита к объему катодной таблетки, равным 0,5. Разряд проводят на нагрузку 30 кОм с периодическим подключением параллельной нагрузки 1 кОм в течение 1 с. Емкость до конечного напряжения 1,2 В 43 мАпуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283ч, коэффициент полезного использования CuO 92% время выхода на напряжение 1,8 В 3,5 мин; внутреннее сопротивление в начале разряда 260 Ом, в конце 110 Ом; максимальный рост за предел габаритных размеров 0,06 мм.

Элементы, собранные по прототипу, в тех же условиях имели характеристики: емкость 38 мАпуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283ч; коэффициент полезного использования CuO 88% время выхода на 1,8 В 2,8 мин; внутреннее сопротивление в начале разряда 380 Ом, в конце 470 Ом; максимальный рост за предел габаритных размеров 0,13 мм.

П р и м е р 2. Собирают серию элементов системы Li-CuO габарита 1142 (диаметр 11,56 мм, высота 4,2-0,48 мм) аналогично примеру 1. Разряд проводят на нагрузку 15 кОм с подключением нагрузки 1 кОм в течение 1 с. Емкость элементов 187 мАпуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283ч; коэффициент полезного использования 90% время выхода на напряжение 1,8 В 9 мин; внутреннее сопротивление в начале разряда 190 Ом, в конце 100 Ом; рост элементов за предел габаритных размеров не наблюдался.

П р и м е р 3. Собирают серию элементов системы Li-(Bi2O3)0,445пуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283 (PbO)0,555 габарита 1121 (диаметр 11,56 мм, высота 2,1-0,2 мм) с отношением объема свободного электролита к объему катодной таблетки, равным 0,3. Разряд проводят аналогично примеру 1. Емкость элементов до конечного напряжения 1,35 В 60 мАпуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283 ч; коэффициент полезного использования активного вещества катода 90% время выхода на напряжение 1,8 В 0,5 мин; внутреннее сопротивление в начале разряда 350 Ом, в конце 110 Ом; рост элементов за предел габаритных размеров 0,10 мм.

П р и м е р 4. Собирают серию элементов системы Li-FeS2 габарита 1142 с отношением объема свободного электролита к объему катодной таблетки, равным 0,8. Разряд проводят аналогично примеру 2. Емкость элементов 140 мАпуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283 ч; коэффициент полезного использования 93% время выхода на напряжение 1,8 В 0,1 мин; внутреннее сопротивление в начале разряда 170 Ом, в конце 100 Ом; рост элементов 0,08 мм.

В случае, когда отношение свободного объема электролита к объему катодной таблетки больше 0,8, уменьшается емкость элемента, а его внутреннее сопротивление в начале разряда становится высоким, что демонстрируется следующим примером.

П р и м е р 5. Аналогичен примеру 1, но отношение свободного объема электролита к объему катодной таблетки равно 0,9. Емкость элементов 37 мАпуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283ч; коэффициент полезного использования катода 96% время выхода на напряжение 1,8 В 1,5 мин; внутреннее сопротивление в начале разряда 350 Ом, в конце 100 Ом; рост элементов отсутствует.

В случае, когда отношение свободного объема электролита к объему катодной таблетки меньше 0,3, уменьшается коэффициент полезного использования, возрастает время выхода на напряжение 1,8 В и увеличивается рост элементов при разряде, что демонстрируется следующим примером.

П р и м е р 6. Аналогичен примеру 1, но отношение объема свободного электролита к объему катодной таблетки равно 0,2. Емкость элементов 51 мАпуговичный литиевый элемент с номинальным напряжением 1,5 в, патент № 2061283ч; коэффициент полезного использования 87% время выхода на напряжение 1,8 В 7,5 мин; внутреннее сопротивление в начале разряда 260 Ом, в конце 150 Ом; рост элементов за предел габаритных размеров 0,25 мм.

Класс H01M6/02 конструктивные элементы

устройство для накопления/разряда электроэнергии с токосъемной системой с низким внутренним сопротивлением -  патент 2233015 (20.07.2004)
первичный химический источник тока -  патент 2139609 (10.10.1999)
первичный химический источник тока дискового типа -  патент 2139606 (10.10.1999)
первичный химический источник тока призматического типа -  патент 2139605 (10.10.1999)
первичный химический источник тока цилиндрического типа -  патент 2139603 (10.10.1999)
гальванический элемент -  патент 2018198 (15.08.1994)

Класс H01M6/16 с органическим электролитом

способ приготовления гелеобразного полимерного электролита для светомодуляторов с пленочными электрохромными слоями -  патент 2488866 (27.07.2013)
ионная жидкость, содержащая катион фосфония со связью p-n, и способ ее получения -  патент 2409584 (20.01.2011)
электролит и химический источник электрической энергии -  патент 2402840 (27.10.2010)
ионная жидкость, содержащая ион фосфония, и способ ее получения -  патент 2374257 (27.11.2009)
батарея литиевых химических источников тока -  патент 2373614 (20.11.2009)
способ получения органических солей, содержащих анионы бис(перфторалкил)фосфината -  патент 2362778 (27.07.2009)
ионные жидкости, содержащие анионы [n(cf3)2]- -  патент 2351601 (10.04.2009)
литиевый химический источник тока -  патент 2339124 (20.11.2008)
катод литиевого химического источника тока -  патент 2339123 (20.11.2008)
литиевая вторичная батарея с электролитом, содержащим соединения аммония -  патент 2335044 (27.09.2008)
Наверх