RU10007U1

RU10007U1 - ALKALINE BATTERY

Info

Publication number: RU10007U1
Application number: RU98107918/20U
Authority: RU
Inventors: В.В. Панов; В.Ю. Тымчук; Г.П. Писчасов; Н.Г. Ковалев; А.С. Стихин; С.П. Чижик; П.П. Ведерников; А.Н. Аршинов
Original assignee: Панов Виталий Валерьянович; Тымчук Владимир Ювинальевич; Писчасов Георгий Петрович; Ковалев Николай Григорьевич; Чижик Семен Петрович; Ведерников Петр Петрович; Государственное унитарное предприятие "Уральский электрохимический комбинат"
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 1999-05-16

Abstract

1. Щелочной аккумулятор, содержащий корпус, электролит, положительные и отрицательные электроды, разделенные многослойными сепараторами с пористой металлической фольгой, расположенной между слоями сепаратора, отличающийся тем, что пористые металлические фольги сепараторов электрически соединены между собой.2. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что размер пор фольги больше размера пор слоев сепаратора.3. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что пористая металлическая фольга имеет толщину 20 - 150 мкм, пористость 20 - 70% и размер пор 0,5 - 20 мкм.4. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что пористая металлическая фольга выполнена из никеля.5. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного аккумулятора взят никель-кадмиевый аккумулятор.1. An alkaline battery containing a housing, an electrolyte, positive and negative electrodes separated by multilayer separators with a porous metal foil located between the separator layers, characterized in that the porous metal foils of the separators are electrically interconnected. 2. The battery according to claim 1, characterized in that the pore size of the foil is larger than the pore size of the layers of the separator. The battery according to claim 1, characterized in that the porous metal foil has a thickness of 20 to 150 microns, a porosity of 20 to 70% and a pore size of 0.5 to 20 microns. The battery according to claim 1, characterized in that the porous metal foil is made of nickel. The battery according to claim 1, characterized in that a nickel-cadmium battery is taken as an alkaline battery.

Description

ЩЕЛОЧНОЙ АККУМУЛЯТОРALKALINE BATTERY

Полезная модель относится к области электротехники и молвет быть использована при производстве щелочных аккумуляторов различных электрохимических систем, например никель-цинковыых, никель-кадмиевых, никель-железных, серебряно-цинковых, серебряно-кадмиевых и т. п. аккумуляторов.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the production of alkaline batteries of various electrochemical systems, for example, nickel-zinc, nickel-cadmium, nickel-iron, silver-zinc, silver-cadmium, etc. batteries.

Известен щелочной аккумулятор, содержащий корпус, раствор щелочного электролита, положительный электрод и отрицательный электрод, разделенные многослойным сепаратором. Наличие многослойного сепаратора позволяет повысить ресурс аккумулятора за счет механической защиты от замыкания (патент США, N 4378414, Н01М 10/25, 1983).Known alkaline battery containing a housing, an alkaline electrolyte solution, a positive electrode and a negative electrode separated by a multilayer separator. The presence of a multilayer separator can increase the battery life due to mechanical protection against short circuit (US patent, N 4378414, Н01М 10/25, 1983).

Недостатком этого известного аккумулятора является ограниченный ресурс, связанный с закорачиванием электродов из-за деструкции сепаратора и прорастания дендритов через сепаратор. Кроме того, выделяющийся при заряде на положительном электроде гаслород, диффундирует к отрицательному электроду, вызывая его пассивацию за счет окисления.The disadvantage of this known battery is the limited resource associated with the shorting of the electrodes due to the destruction of the separator and the germination of dendrites through the separator. In addition, the gas emitted during the charge on the positive electrode diffuses to the negative electrode, causing its passivation due to oxidation.

Из известных щелочных аккумуляторов наиболее близким по совокупности существенных признаков является щелочной аккумулятор, содержащий корпус, электролит, положительные и отрицательные / электроды, разделенные многослойными сепараторами с пористой юталлической фольгой, расположенной между слоями сепаратора ( патент RU 2058627, Н01М 10/26,10.06.96). Наличие металлической фольги между слоями сепаратора предотвращает закорачивание электродов прорастающими дендритш м. Недостатком этого аккумулятора является неравномерность работы электродов, связанная с наличием разных величин потенциалов на металлических фольгах. Неравномерность работы электродов приводит к снижению характеристик аккумулятора и их стабильности. Задачей полезной кюдели является создание щелочного аккумулятора, обладающего стабильными высокими электрическими характеристиками. Указанный технический результат достигается тем, что в щелочном аккумуляторе, содержащем корпус, электролит, положительные и отрицательные электроды, разделенные многослойными сепараторами с пористой металлической фольгой, расположенной между слоями сепаратора, шористые металлические фольги сепараторов электрически соединены между собой. Соединение фольг между собой выравнивает их потенциалы и способствует повышению характеристик и их ста ильности за счет обеспечения равномерной работы электродов. Целесообразно, чтобы размер пор металллической фольги был больше размера пор, примыкадапщх к фольге слоев сепаратора. При обратном соотношении пор более мелкопористая фольга за счет капиллярных сил будет отсасывать электролит из сепараторных слоев, что приведет к увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора и снижению его электрических характеристик. Целесообразно, чтобы пористая металлическая фольга имела толШИну 20-150 мкм, пористость 20-70% и размер пор 0,5-20 мкм. Пористую фольгу толщиной менее 20 мкм трудно технологически изго- 2 товить и она будет обладать недостаточной механической прочностью. Применение фольги толщиной более 150 мкм нецелесообразно, поскольку увеличение толщины не приводит к дополнительной стабилизации характеристик, однако, снижает удельные электрические характеристики за счет увеличения массы и габаритов аккумулятора.Of the known alkaline batteries, the closest in combination of essential features is an alkaline battery containing a housing, an electrolyte, positive and negative / electrodes separated by multilayer separators with porous yutallic foil located between the separator layers (patent RU 2058627, Н01М 10 / 26.10.06.96 ) The presence of metal foil between the layers of the separator prevents shorting of the electrodes by germinating dendrites. The disadvantage of this battery is the uneven operation of the electrodes associated with the presence of different potentials on the metal foils. The uneven operation of the electrodes leads to a decrease in the characteristics of the battery and their stability. The purpose of the useful cudel is to create an alkaline battery with stable high electrical characteristics. The specified technical result is achieved in that in an alkaline battery containing a housing, an electrolyte, positive and negative electrodes separated by multilayer separators with a porous metal foil located between the separator layers, the rusty metal foil of the separators are electrically interconnected. The interconnection of the foils evens out their potentials and helps to increase the characteristics and their stability by ensuring the uniform operation of the electrodes. It is advisable that the pore size of the metal foil be larger than the pore size adjacent to the foil of the separator layers. With an inverse pore ratio, a finer-porous foil due to capillary forces will suck out the electrolyte from the separator layers, which will lead to an increase in the internal resistance of the battery and a decrease in its electrical characteristics. It is advisable that the porous metal foil has a thickness of 20-150 microns, a porosity of 20-70% and a pore size of 0.5-20 microns. Porous foil with a thickness of less than 20 μm is difficult to manufacture technologically and it will have insufficient mechanical strength. The use of a foil with a thickness of more than 150 μm is impractical, since an increase in thickness does not lead to additional stabilization of the characteristics, however, it reduces the specific electrical characteristics due to an increase in the mass and dimensions of the battery.

Диапазоны порист ости металлической фольги и диаметра пор определяются внутренним электрическим сопротивлением аккумулятора, надежностью механической защиты от закорачивания и газозапорными свойствами.The ranges of porosity of the metal foil and pore diameter are determined by the internal electrical resistance of the battery, the reliability of mechanical protection against shorting, and gas shut-off properties.

Минимальные размеры пор и пористость металлической фольги определяются допустимой величиной внутреннего сопротивления аккумулятора. При пористости менее 20% и размере пор менее 0,5 мкм фольга будет экранировать электроды и затруднять протекание тока, вызывая увеличение внутреннего сопротивления, приводящего к снижению электрических характеристик.The minimum pore sizes and porosity of the metal foil are determined by the permissible value of the internal resistance of the battery. With a porosity of less than 20% and a pore size of less than 0.5 μm, the foil will shield the electrodes and impede the flow of current, causing an increase in internal resistance, leading to a decrease in electrical characteristics.

Фольга пористостью более 70% обладает недостаточной механической прочностью, а через поры размером более 20 мкм кюгут прорасти дендритыы. Кроме того, фольга с больщим разкюром пор не является барьером для переноса анодных ионов, например цинкатных, на катод. Перенос и последующее высаждение ионов на катоде снижают его характеристики.Foil with a porosity of more than 70% has insufficient mechanical strength, and dendrites sprout through pores larger than 20 μm. In addition, a foil with a large pore pattern is not a barrier to the transfer of anode ions, for example zincate, to the cathode. The transfer and subsequent deposition of ions at the cathode reduce its characteristics.

Целесообразно металлическую пористую фольгу выполнять из никеля. Никель стоек при рабочих условиях аккумулятора и щироко используется в технологии производства щелочных аккумуляторов. Кроме того, в настоящее время освоена промыщленная технология производства никелевой фольги с заданными параметрами.It is advisable to make a porous metal foil of nickel. Nickel is resistant under the operating conditions of the battery and is widely used in alkaline battery production technology. In addition, an industrialized technology for the production of nickel foil with specified parameters has now been mastered.

Целесообразно в качестве щелочного аккумулятора взять никель-кадмиевый аккумулятор, который широко используется и вы- 3 пускается в больших масштабах. Бикель-кадмиевый акз з мулятор по сравнению с другими щелочными аккумуляторами, такими как никель-цинковый, серебряно-цинковый и т. п., имеет существенно меньшую стоимость.It is advisable to use a nickel-cadmium battery as an alkaline battery, which is widely used and released on a large scale. Compared to other alkaline batteries, such as nickel-zinc, silver-zinc, etc., the bickel-cadmium oxide battery has a significantly lower cost.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию новизна.The analysis of the prior art showed that the claimed combination of essential features set forth in the utility model formula is unknown. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of novelty.

Сущность полезной модели поясняется чертежом и примером практической реализации аккумулятора.The essence of the utility model is illustrated in the drawing and an example of the practical implementation of the battery.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемого аккумулятора.In FIG. 1 presents a schematic diagram of the inventive battery.

Аккумулятор содержит корпус 1, в котором расположены положительные 2 и отрицательные 3 электроды, разделенные многослойным сепаратором 4, содержащем металлическую фольгу 5. Сепаратор и электроды смочены электролитом. Положительные и отрицательные электроды соединены параллельно и выведены на борны 6 и 7. Герметизация аккумулятора осуществляется крьппкой 8, на которой расположены борны 6 и 7. Металлические фольги 5 сепараторов электрически соединены между собой. При заряде аккумулятора на отрицательном электроде происходит окисление активной массы, а на положительном электроде - восстановление. За счет протекания окислительно-восстановительных реакций на электродах происходит генерация тока. При заряде на электродах протекают обратные реакции на положительном окисление, на отрицательном восстановление активных масс. Величие пористой металлической фольги в составе сепаратора обеспечивает выравнивание тепловых, электрических и концентрационных полей, что благотворно сказывается на характеристиках аккзшулятора. Пористая фольга является также до- 4 полнительным резервуаром электролита, который при необходимости используется для подпитки внешних слоев сепаратора, прилегающих к поверхностям электродов.The battery contains a housing 1, in which the positive 2 and negative 3 electrodes are located, separated by a multilayer separator 4 containing metal foil 5. The separator and electrodes are moistened with an electrolyte. The positive and negative electrodes are connected in parallel and brought to the boron 6 and 7. The battery is sealed with a fastener 8, on which the boron 6 and 7 are located. The metal foils 5 of the separators are electrically interconnected. When the battery is charged on the negative electrode, the active mass is oxidized, and on the positive electrode, recovery occurs. Due to the occurrence of redox reactions on the electrodes, current is generated. When charging on the electrodes, reverse reactions occur on positive oxidation, on negative recovery of active masses. The greatness of the porous metal foil in the separator ensures the alignment of thermal, electric and concentration fields, which has a beneficial effect on the characteristics of the accsculator. Porous foil is also an additional reservoir of electrolyte, which, if necessary, is used to feed the outer layers of the separator adjacent to the surfaces of the electrodes.

Пример практической реализации.An example of practical implementation.

Возможность реализации аккумулятора с пористой фольгой в составе сепаратора подтверждалась на макете никель-кадмиевого аккумулятора. Макет был изготовлен путем разборки стандартного аккумулятора НК-13П и установки между слоями сепаратора из капроной ткани толщиной 100 мкм пористой никелевой фольги толщиной 100 мкм, пористостью 30% и с размером пор 15 ьдкм. Линейные размеры пористой фольги 6Ы.НИ на 10% меньше линейных размеров сепаратора. Пористые никелевые фольги соединялись между собой электрически параллельно посредством никелевой проволочки. Аккумулятор подвергался испытаниям на циклирование. Заряд аккумулятора проводился током 1,5 А в течение 8 часов, разряд проводился при том же значении тока до конечного напряжения 1,0В. Аккумулятор показал стабильные разрядные характеристики, которые оставались неизменныыми в течение нескольких десятков циклов. Аккумулятор при циклировании имел более мягкий тепловой режим за счет выравнивания поля температур по аккумулятору, которое обусловлено наличием в сепараторе пористой металлической фольги.The possibility of realizing a battery with a porous foil in the separator was confirmed on a mock-up of a nickel-cadmium battery. The layout was made by disassembling a standard NK-13P accumulator and installing between the layers of a separator of nylon fabric 100 microns thick porous nickel foil 100 microns thick, 30% porosity and 15 ppm pore size. The linear dimensions of the 6Y.NI porous foil are 10% smaller than the linear dimensions of the separator. Porous nickel foils were interconnected electrically in parallel by means of a nickel wire. The battery has undergone cycling tests. The battery was charged with a current of 1.5 A for 8 hours, the discharge was carried out at the same current value to a final voltage of 1.0 V. The battery showed stable discharge characteristics, which remained unchanged for several tens of cycles. During cycling, the battery had a milder thermal regime due to the equalization of the temperature field in the battery, which is due to the presence of porous metal foil in the separator.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный щелочной аккумулятор может быть реешизован на практике с достижением заявленного технического результата, т. е. он соответсвует критерию промышленная применимость.Based on the foregoing, we can conclude that the claimed alkaline battery can be re-rated in practice with the achievement of the claimed technical result, i.e., it meets the criterion of industrial applicability.

- u - u

Claims

1. An alkaline battery containing a housing, an electrolyte, positive and negative electrodes separated by multilayer separators with a porous metal foil located between the layers of the separator, characterized in that the porous metal foils of the separators are electrically interconnected.

2. The battery according to claim 1, characterized in that the pore size of the foil is larger than the pore size of the layers of the separator.

3. The battery according to claim 1, characterized in that the porous metal foil has a thickness of 20 to 150 microns, a porosity of 20 to 70% and a pore size of 0.5 to 20 microns.

4. The battery according to claim 1, characterized in that the porous metal foil is made of nickel.

5. The battery according to claim 1, characterized in that a nickel-cadmium battery is taken as an alkaline battery.