Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
АКТИВНАЯ МАССА ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА
АКТИВНАЯ МАССА ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА

АКТИВНАЯ МАССА ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: щелочные аккумуляторы с кадмиевым анодом. Сущность изобретения: активная масса содержит 6-7 мас.% гидроксида никеля 1,8-2,0 мас.% стабилизирующей поверхностно-активной добавки - натриевой соли целлюлозогликолевой кислоты со степенью замещения 65-90 и уровнем полимеризации 400-600 и оксид кадмия - остальное. Это обеспечивает повышение рабочего напряжения аккумулятора при циклировании в буферных режимах с низким коэффициентом использования емкости. 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2128869
Класс(ы) патента: H01M4/44, H01M4/62
Номер заявки: 94036720/09
Дата подачи заявки: 23.09.1994
Дата публикации: 10.04.1999
Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа Научно- исследовательский аккумуляторный институт "Источник"
Автор(ы): Теньковцев В.В.; Леонов В.Н.; Борисов Б.А.
Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа Научно- исследовательский аккумуляторный институт "Источник"
Описание изобретения: Изобретение относится к области электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и производстве герметичных аккумуляторов.
В герметичных никелькадмиевых аккумуляторах в качестве отрицательных электродов используются, как правило, электроды металлокерамической конструкции, представляющие собой высокопористые пластины, спеченные из никелевого порошка. Поры таких пластин заполняются активным материалом, состоящим из смеси гидроксидов кадмия и никеля с последующим введением в активную массу стабилизирующих добавок (ПАВ). Высокая энергоемкость таких электродов позволяет создавать на их основе аккумуляторы с высокими удельными характеристиками вплоть до 25 - 30 Вт/кг [1]. Электроды такого типа и их активная масса могут быть приняты за аналог заявляемому изобретению. Использование в металлокерамических электродах в качестве активной массы смеси гидроксидов никеля и кадмия, получающихся путем совместимого осаждения из кислых растворов, ведет к деградации характеристик электрода в процессе длительной эксплуатации аккумуляторов. Указанная деградация связана с образованием в активной массе кадмиевого электрода, при наличии в ней активирующей добавки гидроксида никеля, в ходе циклирования его с низким коэффициентом использования емкости, интерметаллида Ni5Cd21, разряд которого происходит при потенциале на 150 - 200 мВ ниже потенциала разряда кадмиевого электрода. Это приводит к снижению разрядного напряжения аккумулятора до напряжения 1,05 - 0,80 B [2]. Таким образом, часть емкости, заложенной в аккумулятор, снимается за пределами диапазона рабочих напряжений. Последнее воспринимается как снижение емкости в ходе эксплуатации. Этот эффект в зарубежной литературе получил наименование "эффекта памяти" [3]. Режимы эксплуатации аккумуляторов с низким коэффициентом использования емкости характерны для буферных аккумуляторных батарей в составе единого энергопитания космических аппаратов. Образование интерметаллида Ni5Cd21 наиболее характерно для кадмиевых электродов с металлокерамической никелевой основной и обусловлено значительным количеством гидроксида никеля в активной массе (до 20%) и способом его получения путем совместного осаждения гидроксидов никеля и кадмия. Попытка предотвратить образование интерметаллида Ni5Cd21 путем ограничения количества никеля в активной массе не дает положительных результатов, так как при длительном циклировании наблюдается достаточно быстрый рост содержания гидроксида никеля в активной массе за счет взаимодействия в ходе зарядно-разрядного процесса гидроксида кадмия с металлическим никелем. Эксперимент показывает, что в определенных условиях эксплуатации весь кадмий в активной массе может войти в состав интерметаллида с переходом всей разрядной кривой в область нерабочих напряжений.
Снижение количества гидроксида никеля в конструкции кадмиевого электрода до оптимальных значений (2-3% к кадмию) может быть достигнуто при переходе к электродам прессованного или вальцованного типа без металлокерамической основы. В электродах такой конструкции активная масса наносится непосредственно на токоотводящую решетку, а ее состав может строго дозироваться. Обычно рецептура активного материала содержит в качестве основного компонента оксид или гидроксид кадмия с небольшой добавкой гидроксида никеля в качестве активатора. Кроме того, в активную массу часто в качестве токопроводящей добавки вводится мелкодисперсный металлический никель, а в качестве добавки, стабилизирующей емкость электрода при циклировании, какое-либо из поверхностно-активных веществ (ПАВ). Влияние последних в значительной степени сказывается на процессе рекрестализации активного материала в ходе циклирования, дисперсности и формы образующихся кристаллов и возможности образования при циклировании промежуточных соединений и, в частности, интерметаллидов. Скорость образования интерметаллида в таком активном материале будет определяться в основном процентным содержанием металлического никеля и типом стабилизирующей ПАВ.
В качестве прототипа заявляемому техническому решению взят [4], где приведена активная масса отрицательного электрода щелочного химического источника тока, содержащая оксид гидроксид никеля и стабилизирующую ПАВ.
Недостатком прототипа является ускоренное образование интерметаллида Ni5Cd21, а также отсутствие в электродном материале достаточно активных ПАВ, могущих препятствовать образованию интерметаллида Ni5Cd21.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в исключении возможности образования в активной массе кадмиевого электрода интерметаллида Ni5Cd21, приводящего к снижению рабочего напряжения герметичного никелькадмиевого аккумулятора при циклировании его в буферных режимах с низким коэффициентом использования емкости.
Поставленная задача решается следующим образом.
В известную активную массу отрицательного электрода никелькадмиевого аккумулятора, содержащую оксид кадмия, активирующую добавку гидроксида никеля, вводят раствор стабилизирующей поверхностно-активной добавки, в качестве которой используют натриевую соль целлюлозогликолевой кислоты со степенью замещения в пределах 65 - 90 и степенью полимеризации от 400 до 600, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гидроксид никеля - 6 - 7
Натриевая соль целлюлозогликолевой кислоты - 1,8 - 2,0
Оксид кадмия - Остальное
В приведенной выше активной массе отсутствует добавка металлического никеля, что исключает образование интерметаллида Ni5Cd21. Предлагаемая активная масса используется для изготовления электродов прессованного или вальцованного типа без металлокерамической основы.
Пример 1. Активный материал кадмиевого электрода, состоящий из осажденного гидроксида кадмия с добавкой гидроксида никеля, при соотношении никеля и кадмия 3 - 10%. Активная масса получается путем совместного осаждения гидроксидов никеля и кадмия из растворов солей щелочью. В качестве стабилизирующей поверхностно-активной добавки в активную массу вводится 1 - 3% солярного масла. Активная масса такого состава используется преимущественно в электродах металлокерамической конструкции промышленного выпуска.
Пример 2. Активный материал, состоящий в соответствии с прототипом из оксида кадмия в количестве 24%, металлического никеля в количестве 32% и 6,5% поливинилового спирта, являющегося поверхностно-активной стабилизирующей добавкой и связующим. Активный материал получается механическим смешением мелкодисперсных компонентов. Изготовление электродов из такого материала производится путем напрессовки его на токоведущую металлическую сетку.
Пример 3. Активный материал из термической окиси кадмия с активирующей добавкой гидроксида никеля в количестве 3 - 5%, токопроводящей добавкой никелевого порошка в количестве 3 - 10%, раствора поливинилового спирта в качестве связующего в количестве 2 - 3% по сухому веществу и 3% солярового масла в качестве стабилизирующей добавки. Активный материал такого состава используется при изготовлении отрицательного электрода герметичного аккумулятора НКГК-11Д (серийный).
Пример 4. Активный материал согласно предлагаемого изобретения получается путем смешения мелкодисперсных сухих компонентов - термической окиси кадмия с добавкой 6 - 7% гидроксида никеля. Затем в активную массу вводится 1,8 - 2,0% в пересчете на сухое вещество 6%-ный раствор натриевой соли целлюлозогликолевой кислоты со степенью замещения в пределах 65 - 90 и уровнем полимеризации от 400 до 600. После тщательного перемешивания и подсушивания до получения крупчатой сыпучей массы активный материал навальцовывается на токоотводящую сетку с последующей вырубкой электродов требуемого размера. Электроды с таким активным материалом могут быть использованы в герметичных призматических аккумуляторах любого назначения.
В таблице приведены результаты испытаний, идентичных по конструкции и технологии изготовления герметичных никелькадмиевых аккумуляторов, отрицательные электроды которых содержат активную массу, приготовленную согласно примерам 1 - 4.
Испытания аккумуляторов проводились путем непрерывного циклирования с коэффициентом использования емкости в пределах 15 - 20% с определением в конце испытаний емкости, снимаемой в диапазоне рабочих напряжений при нижнем разрядном напряжении 1,10 B по отношению к суммарной емкости, снимаемой до напряжения 0,8 B.
Формула изобретения: Активная масса отрицательного электрода щелочного аккумулятора, содержащая оксид кадмия, активирующую добавку гидроксида никеля, стабилизирующую поверхностно-активную добавку, отличающаяся тем, что в качестве стабилизирующей поверхностно-активной добавки взята натриевая соль целлюлозогликолевой кислоты со степенью замещения 65 - 90 и уровнем полимеризации 400 - 600 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гидроксид никеля - 6 - 7
Натриевая соль целлюлозогликолевой кислоты - 1,8 - 2,0
Оксид кадмия - Остальное