способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора
Классы МПК: | H01M4/28 осаждение активного материала на основание H01M4/44 сплавы на основе кадмия |
Автор(ы): | Гудимов Н.Л., Ковалев А.Н., Жидков В.А., Потанин А.В., Шубин П.Ю. |
Патентообладатель(и): | Уральский электрохимический комбинат |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-02-19 публикация патента:
20.10.1999 |
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных аккумуляторов с безламельными электродами. Согласно изобретению способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора включает заполнение пористой спеченной никелевой основы необходимым количеством активной массы путем пропитки азотнокислым кадмием с последующим превращением его в гидроксид кадмия и термообработку, причем термообработку производят в восстановительной атмосфере, например в водороде, по режимам, обеспечивающим содержание в активной массе металлического кадмия, расчетную долю которого вычисляют из выражения К = { [6,144
(M1-M0)(M2-M0)] -7}
100%, где К - расчетная доля металлического кадмия, М0, М1 и М2 - масса электрода соответственно до пропитки, после пропитки и после термообработки, и выдерживают равной 25-50%. Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости изготовления и обеспечения заданной заряженности. 3 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2
![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140004/183.gif)
Формула изобретения
Способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, включающий пропитку пористой никелевой основы в растворе азотнокислого кадмия, сушку, обработку раствором щелочи, промывку, сушку и термообработку, отличающийся тем, что термообработку производят в восстановительной атмосфере, например в водороде, по режимам, обеспечивающим содержание в активной массе металлического кадмия, расчетную долю которого вычисляют из выражения:![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140121/2140121-2t.gif)
где К - расчетная доля металлического кадмия;
М0, М1 и М2 - масса электрода соответственно до пропитки, после пропитки и после термообработки,
и выдерживают равной 25-50%.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных аккумуляторов с безламельными электродами. Известен способ изготовления кадмиевых электродов щелочного аккумулятора (1 - патент РФ N 2080694, класс H 01 M 4/08) путем пропитки пористой спеченной никелевой основы в растворе щелочи, промывки в воде и сушки. Перечисленные операции повторяют несколько раз до заполнения основы необходимым количеством активной массы (гидроксида кадмия). После завершения операции пропитки электроды подвергаются электрохимической очистке, которая заключается в проведении от одного до нескольких циклов "заряд-разряд" в щелочном электролите с последующей промывкой в воде и сушкой, и имеет целью формирование структуры активной массы и удаление из нее нежелательных примесей, в том числе азотосодержащих соединений, например нитратной группы, которая ухудшает электрические характеристики аккумуляторов при циклировании и повышает саморазряд при хранении их в заряженном состоянии. Недостатком известного способа является большая трудоемкость и нетехнологичность операции формирования, которая из-за значительной продолжительности во времени затрудняет организацию процесса непрерывной обработки. В качестве прототипа выбран способ изготовления кадмиевых электродов (2-выложенная заявка Японии N 61-190860, класс H 01 M 4/28), характеризующийся тем, что после заполнения пористой основы активной массой путем пропитки азотнокислым кадмием с последующим превращением его в гидроксид кадмия, проводят термообработку электродов при температуре от 210 до 310oC в атмосфере, состоящий из смеси инертного газа и водорода при содержании водорода ниже 4% объемных. Недостатком способа является то, что из-за низкой концентрации в газовой смеси водорода активация активной массы электродов затруднена и поэтому, как показал эксперимент, такой способ не обеспечивает изготовление электродов с заданной степенью заряженности. Заявляемый способ позволяет решить задачу изготовления кадмиевых электродов с заданной степенью заряженности и снижения трудоемкости при их производстве. Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе изготовления кадмиевых электродов, включающем заполнение пористой спеченной никелевой основы необходимым количеством активной массы путем пропитки ее в растворе азотнокислого кадмия с последующим превращением его в гидроксид кадмия и термообработку, согласно заявляемому техническому решению, термообработку производят в восстановительной атмосфере, например в водороде, по режимам, обеспечивающим содержание в активной массе металлического кадмия, расчетную долю которого вычисляют из выражения![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140121/2140121t.gif)
где K - расчетная доля кадмия,
M0, M1, M2 - масса электрода соответственно до пропитки, после пропитки и после термообработки, и выдерживают равной 25-50%. Предлагаемый способ позволяет изготавливать кадмиевые электроды с заданной степенью заряженности, что является особенно важным для производства никель-кадмиевых герметичных цилиндрических аккумуляторов. Использование кадмиевых электродов с заданной степенью заряженности обеспечивает безопасное поведение герметичных аккумуляторов при зарядно-разрядных процессах, в том числе и в режиме перезаряда и переразряда. Обработка в восстановительной атмосфере повышает пластичность и гибкость кадмиевых электродов, что позволяет снизить брак при сборке цилиндрических аккумуляторов. Применение способа термообработки вместо формирования в режиме "заряд-разряд" в щелочном электролите позволяет механизировать процесс изготовления электродов, существенно снизить трудоемкость их производства, сократить расход щелочи и дистиллированной или очищенной воды. При этом обеспечивается удаление из активной массы электродов азотсодержащих соединений, в частности нитратной группы и, соответственно, сохранность заряда аккумуляторов при их длительном бездействии в заряженном состоянии. В табл. 1 приведены результаты работ по экспериментальному обоснованию выбранных режимов изготовления кадмиевых электродов по предлагаемому способу. Работы проводились с электродами размером /110х41х0,48/ мм. Термообработка производилась в атмосфере водорода. Степень заряженности электродов оценивалась по величине "остаточной" емкости, которая определялась в измерительной ячейке со щелочным электролитом и противоэлектродом /заряженным окисно-никелевым электродом/ разрядом током 200 мА до напряжения 1 В. Разрядная емкость определялась в той же ячейке после измерения "остаточной" емкости проведением цикла "заряд током 280 мА в течение 5 часов - разряд током 200 мА напряжения 1 В". Для сравнения в таблице приведены характеристики электрода, не подвергнутого термообработке /см. табл. 1, оп. 6/. Как следует из таблицы, при термообработке в режимах, приводящих к образованию в активной массе менее 25% металлического кадмия (см. оп. 1), электродам сообщается слишком низкая степень заряженности, что видно по величине "остаточной" емкости. В результате же термообработки, обеспечивающей превращение в металлический кадмий более 50% активной массы, электроды приобретают высокую остаточную емкость, но при этом заметно снижается их разрядная емкость (срав. оп. 5 и 6), что можно объяснить укрупнением частиц активной массы и снижением ее удельной поверхности за счет спекания. Термообработка же по режимам, которые обеспечивают получение активной массы с расчетной долей металлического кадмия от 25 до 50%, позволяет изготавливать электроды с требуемыми емкостными характеристиками. Пример 1. Из электродной основы с пористостью 72%, изготовленной методом двустороннего нанесения на полученную прокатом никелевого порошка ленту-подложку пористостью 9% и толщиной (40
![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140068/177.gif)
![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140068/177.gif)
![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140068/177.gif)
![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140068/177.gif)
![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140068/177.gif)
![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140068/177.gif)
![способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, патент № 2140121](/images/patents/331/2140004/183.gif)
1. Патент РФ N 2080694, H 01 M 4/80, 10/28, 07.07.93. 2. Выложенная заявка Японии N 61-190860, H 01 M 4/28.
Класс H01M4/28 осаждение активного материала на основание
Класс H01M4/44 сплавы на основе кадмия