способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока
Классы МПК: | H01M4/10 прессованных электродов с сердечником внутри H01M6/16 с органическим электролитом |
Автор(ы): | Фирсов В.В., Чувашкин А.Н., Карташов А.В., Придатко И.А. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт химических источников тока |
Приоритеты: |
подача заявки:
1986-12-31 публикация патента:
10.02.2000 |
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве химических источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение механической прочности электрода. Согласно изобретению способ изготовления включает формование из активной массы, содержащей диоксид марганца, сажу, фторопласт и органический растворитель, электродных пластин, сушку их от растворителя на воздухе, напрессовку на перфорированный металлический коллектор с удельным давлением 500 - 1000 кгс/см2 в течение 10-50 с и последующую термообработку готового электрода. 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока путем напрессовки активной массы, состоящей из диоксида марганца, сажи и фторопласта, пропитанной органическим растворителем, на перфорированный металлический коллектор и последующей термообработки готового электрода, отличающийся тем, что из активной массы формуют электродные пластины, высушивают их от органического растворителя на воздухе, а напрессовку на перфорированный металлический коллектор производят удельным давлением 500 - 1000 кгс/см2 в течение 10 - 50 с.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области химических источников тока (ХИТ) и касается способа изготовления положительного электрода для диоксидмарганецлитиевого ХИТ с апротонным электролитом. Известны способы изготовления диоксидмарганцевых электродов для литиевых источников тока, согласно которым активная масса наносится на металлический коллектор либо путем прессования порошка (пат.ФРГ N 2835976, H 01 M 6/16 от 21.02.80 г. ), либо намазкой пасты с последующей сушкой и термообработкой электродов. Однако указанные способы имеют ряд существенных недостатков. Электроды, изготовленные прессованием сухих порошков, имеют низкую механическую прочность и относительно высокое электрическое сопротивление активной массы из-за неплотного контакта и слабой связанности между собой частиц активной массы: диоксида марганца, сажи, фторопластового связующего. Такой способ применяется главным образом при изготовлении маломощных пуговичных источников тока. Изготовление электродов с применением жидкой легкотекучей водной пасты позволяет увеличить площадь контактирующей поверхности частиц диоксида марганца и сажи, надежно скрепить их между собой частицами фторопласта, однако требуется длительный и сложный режим термообработки электродов для удаления избытка вода. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления электродов согласно патенту Великобритании N 1349768, H 01 M 15/06 от 10.04.74 г., включающий приготовление активной массы в виде пластичной пасты, замешанной на органическом растворителе, нанесение ее с двух сторон на металлический коллектор, прессование электродов в прямоугольной пресс-форме удельным давлением 4,5...5,0 кгс/см2 с целью удаления органического растворителя и формовки активной массы, сушку электродов на воздухе и последующую термообработку при 300oC. Применение вязкой пластичной пасты позволяет повысить технологичность изготовления диоксидмарганцевого электрода, поскольку наблюдается самопроизвольное стекание пасты при нанесении ее на коллектор, а продолжительность сушки от органического растворителя в 3-5 раз меньше, чем от воды. Однако рассмотренный способ не позволяет достичь высокой плотности активной массы и, следовательно, оптимальной концентрации активного вещества в единице объема электрода, что в свою очередь вызывает снижение электрических характеристик диоксидмарганцевого электрода. Поскольку активная масса по своим физико-механическим свойствам близка к мягкому пластилину, повысить давление прессования в данном случае невозможно из-за выдавливания пластичной массы из пресс-формы, сопровождающегося изменением габаритных размеров и значительным ухудшением электрических и механических свойств электрода. Целью настоящего изобретения является увеличение механической прочности и повышение плотности активной массы диоксидмарганцевого электрода и, следовательно, удельной объемной емкости и энергии диоксидмарганецлитиевого ХИТ. Цель достигается тем, что из вязкой пластичной массы диоксидмарганцевого электрода, изготовленной путем раздельного смешивания порошков диоксида марганца и сажи в состоянии псевдоожижения, последующего введения в сухую смесь водной суспензии фторопласта, сушки пасты и введения в нее органического растворителя, формуют электродные заготовки, сушат их на воздухе и напрессовывают на перфорированный металлический коллектор в виде высушенных от органического растворителя электродных заготовок-карточек удельным давлением 500-1000 кгс/см2 в течение 10-50 с. Активная масса представляет собой вязкую пластичную пасту, близкую по своим физико-механическим параметрам к мягкому пластилину, и способна под воздействием небольших усилий принимать ту или иную форму или раскатываться в листы, поэтому из нее можно легко сформовать электродную заготовку, например, в пресс-форме или вырубить в виде карточки из предварительно раскатанного листа. В процессе последующей сушки электродной заготовки от органического растворителя физико-механические свойства активной массы изменяются: она превращается в эластичную каучукоподобную массу со слабовыраженными пластичными свойствами. Соответственно механическая прочность на разрыв возрастает у электродной заготовки более чем в 5 раз. Активная масса высушенной заготовки теряет способность растекаться по поверхности коллектора или выдавливаться из пресс-формы. Под действием сил давления, направленных перпендикулярно плоскости электрода, происходит нанесение активной массы на коллектор и уплотнение пористой матрицы диоксидмарганцевого электрода, состоящей из частиц сажи, скрепленных фторопластовым связующим. Наряду с увеличением количества диоксида марганца в единице объема активной массы, при прессовании увеличивается площадь контакта частиц диоксида с сажей, что обусловливает снижение внутреннего электрического сопротивления диоксидмарганцевого электрода. Методами Брунауэра - Эммета - Теллера и контактной эталонной порометрии определено, что удельная поверхность активной массы после прессования увеличивается от 30 до 38 - 40 м2/г вследствие изменения пористой структуры диоксидмарганцевого электрода, сопровождающегося увеличением доли мелких пор (диаметром 30-100 ангстрем) в единице объема активной массы. Увеличение количества активного вещества в активной массе и структурные изменения диоксидмарганцевого электрода находят отражение в повышении таких электрических параметров ХИТ, как объемная емкость и разрядное напряжение. В условиях разряда источника тока на постоянную нагрузку увеличение поверхности активной массы положительных электродов и снижение внутреннего электрического сопротивления эквивалентно снижению фактической плотности разрядного тока, что находит отражение в увеличении коэффициента использования активного вещества на 4-6% по сравнению с электродом, изготовленным согласно прототипу при удельном давлении прессования 5 кгс/см2. Вследствие повышения количества активного вещества в единице объема активной массы и увеличения коэффициента использования удельная энергоемкость электрода возрастает на 50-55%. Выбор технологического режима напрессовки активной массы произведен на основании экспериментальных работ. Из таблицы 1 видно, что наибольшее уплотнение активной массы происходит в интервале удельных давлений до 500 кгс/см2. Дальнейшее повышение давления (до 2000 кгс/см2) незначительно увеличивает плотность активной массы, однако из-за потери эластичности и повышения хрупкости активной массы давление прессования нецелесообразно поднимать выше 1000 кгс/см 2. Структурные изменения активной массы, отпрессованной давлением 2000 кгс/см2, находят отражение и в ухудшении электрических характеристик: снижении разрядного напряжения ИТ, уменьшении коэффициента использования активного материала. Оптимальным давлением прессования при изготовлении диоксидмарганцевого электрода является 700 кгс/см2. Высокая эластичность активной массы вызывает необходимость выбора времени прессования электрода, т.е. продолжительности выдержки электрода при заданном давлении. При выборе времени прессования оценивались такие показатели, как плотность активной массы до и после термообработки электродов и ее хрупкость. Установлено, что минимально необходимое время эффективного прессования составляет 10 c, а оптимальное - 10 - 50 с. Дальнейшее увеличение продолжительности прессования нецелесообразно, поскольку не улучшает характеристик электрода. Пример 1. Приготовление активной массы. 425 г Диоксида марганца и 50 г сажи перемешали в лопастном смесителе. В полученную смесь при перемешивании ввели водную суспензию, содержащую 25 г фторопласта. Водную пасту высушили и пропитали гептаном. Полученную активную массу сформировали в виде заготовок прямоугольной формы, по площади соответствующих коллектору тока. Заготовки просушили на воздухе и напрессовали с двух сторон на перфорированный металлический коллектор суммарной площадью 18,4 см2. Удельное давление прессования 500 кг/см2, время прессования 30 с. Электрод термообработали при 300oC в течение 30 минут. Вес активной массы на электроде составил 4,44 г при толщине ее слоя 2,39 мм. Плотность активной массы составила 2,02 г/см2. Полученный электрод зашили в сепаратор из полипропилена, после чего произвели сборку элемента системы диоксид марганца-литий, заливку элемента электролитом и его герметизацию. Разряд проводили током 20 А до конечного напряжения 2 B при температуре окружающей среды (20![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145026/177.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145026/177.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ изготовления диоксидмарганцевого электрода для химического источника тока, патент № 2145456](/images/patents/326/2145004/183.gif)
Класс H01M4/10 прессованных электродов с сердечником внутри
Класс H01M6/16 с органическим электролитом