углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока
Классы МПК: | C01B31/00 Углерод; его соединения H01M4/02 электроды, составленные из активных материалов или содержащие эти материалы H01M4/08 способы изготовления |
Автор(ы): | Митькин В.Н., Яковлев И.И., Юданов Н.Ф., Галицкий А.А., Филатов С.В., Мухин В.В., Тележкин В.В., Рожков В.В. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа "Новосибирский завод химконцентратов", Институт неорганической химии СО РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-10-24 публикация патента:
10.11.1997 |
Использование: получение химических источников тока с высокими разрядными характеристиками. Сущность изобретения: смешивают ацетиленовую сажу, фторуглерод, содержащий 60-67% фтора, и фтороксид графита Cx
ZCyO
n
H2O
CF, где x = 1,5-12, y = 2,2-2,5, Z = 0,5-1,4, n = 0,1-0,5, (массовое соотношение (8-12) : 1), подвергают ударной механической обработке до получения насыпной плотности 1,0-1,5 г/см3, вводят связующее - фторопластовую суспензию, формуют катод, термообрабатывают при 150-350oC. Массовая электрическая емкость котода более 500 мА
ч/г, объемная энергоемкость более 1600 Вт
ч/кг, плотность тока разряда до 0,75 мА/см2, среднее разрядное напряжение 2,58-2,73 B. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.
Рисунок 1
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
Формула изобретения
1. Углеродсодержащий катодный материал для литиевых химических источников тока, содержащий энергоноситель, связующее, электропроводящую добавку и порообразователь, отличающийся тем, что в качестве энергоносителя используют фторуглерод, содержащий 60 67% фтора, а в качестве порообразователяфтороксид графита общей формулы Cx
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к созданию новых энергонасыщенных неорганических углеродсодержащих катодных материалов на основе соединений фторированного углерода, используемых в химических источниках тока (ХИТ), преимущественно в трехвольтовых ХИТ системы "фторуглерод-литий" с повышенными разрядными характеристиками. Изобретение относится также к способам получения таких материалов. Изобретение также относится к области первичных химических источников тока (ХИТ). Известен углеродсодержащий катодный материал, содержащий энергоноситель, связующее, электропроводящую добавку и порообразователь [1] Недостатками известного материала является небольшая энергоемкость изготовленных из этого материала катодов. Известен способ получения катода для литиевых химических источников тока с неводным электролитом, включающий смешивание исходных компонентов с получением пастообразного углеродсодержащего катодного материала и его последующего формования [2]Недостатками известного способа являются:
сложность способа, связанная с тем, что для удаления из сформированного катода порообразователя используют дополнительную процедуру растворения в органическом растворителе, причем нет гарантии полноты удаления порообразователя, поскольку компоненты катодной массы после формирования катода путем прессования могут блокировать (окклюдировать) частицы гексафторметаллата (гексафторфосфата) калия по их поверхности и препятствовать их полному растворению в органическом растворителе, что приводит к ухудшению свойств катодного материала;
недостатком способа при его использовании для приготовления фторуглеродных катодных масс является невозможность реализации в литиевом источнике тока при достаточной для работоспособности ХИТ пористости (35-50%) более высоких энергопоказателей. Последнее связано с тем, что до сих пор для приготовления катодных масс на основе фроруглерода используют фторулеродные материалы с насыпной плотностью меньше 1 г/см3. В частности, насыпной вес составляет, г/см3: фтористого графита формулы CF1,0 0,62-0,77; фторуглерода марки ФТ 0,40-0,55; фторуглерода марки ФС 0,65=0,90. Такая величина насыпного веса фторуглеродного материала ограничивает объемную энергоемкость фторуглеродного катода в химическом источнике тока. На практике наиболее энергоемкие катоды на основе фторуглерода, близкого по составу к CF1,0, реализованы, например, в химическом источнике тока (ХИТ) типа BR2325 производства Японской фирмы "Мацусита Электрик". При номинальной электрической емкости этого ХИТ 160 мА
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095310/2095310t.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
CFx(тв)+XLi(тв)_
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095156/8594.gif)
теоретическая электрическая емкость катодного материала определяется уравнением Фарадея, по которому 1 г-экв. при переносе 1 электрона способен к переносу 96500 Кл электричества. В данном случае один г-экв. катодного материала это частное от деления атомной массы углерода на атомную массу фтора, умноженную на стехиометрический коэффициент x. Очевидно, что чем больше в соединении фтора, тем больше будет величина x, а следовательно и энергоемкость катода. Фторуглерод, содержащий 60-67% фтора, имеет формулу CF0,95-1,33. Связующее (фторопластовую суспензию Ф4Д) вводят в промежуточный катодный материал после этой обработки. Далее проводят формование катодной массы и катодов известными способами. При этом пористость катодного материала обеспечивается термообработкой при 150-350oC после формования катода (прессование или предварительное получение катодных лент с запрессовкой в корпуса катодов). В температурном диапазоне 270-350oC происходит частичное разложение связующего (ФАД) с образованием мелких пор, полезных для структуры катода. Предельная температура термообработки определяется тем, что при температурах больше 350oC происходит разрушение целостности катода. Пример. Вышеописанными способами были изготовлены испытательные серии фторуглеродных катодных материалов, в состав которых входили 78-85% фторуглеродного материала следующих типов: ФТ (фторированная сажа Т-900), ФС - фторированный пиролитический уплотненный углерод, ИТГ-124 измельченная фторированная углеродная ткань, 7-10% фтороксида графита, 5-15% ацетиленовой сажи. Для этого вначале смешивали указанные фторуглеродные материалы с фтороксидом графита в планетарной фрикционной мельнице типа АПФ-3 или АПФ-7 и получали промежуточный продукт с насыпной плотностью 1,0-1,5 г/см3, в этот продукт вводили связующее в виде фторопластовой суспензии Ф4Д, проводили формование катодной массы и подвергали термообработке при 150-350oC. Из сформованных катодов были собраны фторуглеродно-литиевые ХИТ типа BR2325 со стандартным электролитом IM LiCLO4 в смеси пропиленкарбоната и диметоксиэтана, после чего проведены их разрядные испытания. Результаты испытаний в зависимости от характеристик катодов сведены в таблице. Из этих данных следует, что по всем свойствам во фторуглеродно-литиевых ХИТ достигается повышение удельных энергетических характеристик положительного электрода химического источника тока, в том числе по массовой электрической емкости (более 500 мА
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
![углеродсодержащий катодный материал и способ получения катода для литиевых химических источников тока, патент № 2095310](/images/patents/377/2095006/183.gif)
Класс C01B31/00 Углерод; его соединения
Класс H01M4/02 электроды, составленные из активных материалов или содержащие эти материалы
Класс H01M4/08 способы изготовления