RU190339U1 - Призматический литий-ионный аккумулятор - Google Patents
Призматический литий-ионный аккумулятор Download PDFInfo
- Publication number
- RU190339U1 RU190339U1 RU2019107346U RU2019107346U RU190339U1 RU 190339 U1 RU190339 U1 RU 190339U1 RU 2019107346 U RU2019107346 U RU 2019107346U RU 2019107346 U RU2019107346 U RU 2019107346U RU 190339 U1 RU190339 U1 RU 190339U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- mass
- positive
- current
- layer
- Prior art date
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- CKFRRHLHAJZIIN-UHFFFAOYSA-N cobalt lithium Chemical compound [Li].[Co] CKFRRHLHAJZIIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000004815 dispersion polymer Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920006318 anionic polymer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 4
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 4
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 4
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 claims description 2
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims description 2
- 210000002837 heart atrium Anatomy 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 2
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 abstract description 2
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 abstract description 2
- 241000124033 Salix Species 0.000 abstract 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 241000532784 Thelia <leafhopper> Species 0.000 description 4
- 229940105329 carboxymethylcellulose Drugs 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 2
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- JHJVSUCUNFXIHN-UHFFFAOYSA-N 1,2,5-oxadiazole-3,4-diamine Chemical compound NC1=NON=C1N JHJVSUCUNFXIHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- HYXIRBXTCCZCQG-UHFFFAOYSA-J [C+4].[F-].[F-].[F-].[F-] Chemical compound [C+4].[F-].[F-].[F-].[F-] HYXIRBXTCCZCQG-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003064 carboxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229920003123 carboxymethyl cellulose sodium Polymers 0.000 description 1
- 229940063834 carboxymethylcellulose sodium Drugs 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052963 cobaltite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электрохимической энергетике, в частности - к литий-ионным аккумуляторам (ЛИА). Одной из актуальных проблем ЛИА является проблема повышения безопасности их эксплуатации.Техническим результатом полезной модели является повышение количества заряд-разрядных циклов безопасной работы.Достигается технический результат за счет предлагаемой конструкции ЛИА, содержащей двухслойный полимерный корпус, внутри внутреннего слоя которого размещен электродный блок из положительных и отрицательных электродов, на одной стороне корпуса герметично запаяны токовыводы положительных и отрицательных электродов, состоящих из токовых коллекторов с нанесенной на них активной массой, между электродами расположен сепаратор, пропитанный электролитом, токовые коллекторы электродов приварены к соответствующим токовыводам, положительный токовывод выполнен из алюминия, отрицательный токовывод выполнен из меди, отрицательный электрод представляет собой медную фольгу с нанесенной на нее анодной активной массой, состоящей из 90,0-96,0% графита, 1,1-9,2% углерода, связующее - остальное, положительный электрод представляет собой алюминиевую фольгу с нанесенной на нее катодной активной массой, состоящей из 90,0-95,0% кобальтата лития, 0,94-3,0% поливинилиденфторида и 2-9,06% углерода, причем в качестве связующего в анодной активной массе использована смесь анионной полимерной дисперсии 4,8-5,3% и натрий карбоксиметилцеллюлозы 1,5-2%, отношение суммы массы углерода в отрицательном электроде и массы кобальтата лития в положительном электроде к массе электролита составляет 3:1, корпус вакуумирован, внутренний слой корпуса снабжен защитными пластырями на его боковых поверхностях, на токовыводы нанесена трехслойная сульфированная каучуковая пленка, электроды выполнены поджатыми с усилием 5-6 МПа в залитом состоянии, в торце внешнего слоя корпуса расположен контроллер заряда-разряда, на котором закреплены токовыводы и токоподводящие провода.
Description
Полезная модель относится к электрохимической энергетике, в частности - к литий-ионным аккумуляторам (ЛИА). Одной из актуальных проблем ЛИА является проблема повышения безопасности их эксплуатации.
Известна конструкция ЛИА (патент ПМ RU №168541, опубликовано 08.02.2017, МПК Н01М 10/04, Н01М 10/52), содержащего электродный блок, состоящий из катода и анода, размещенных в герметичном корпусе из упрочненного огнестойкого стеклопластика, представляющем собой прямоугольную призму, в основании которой лежит прямоугольник, при этом стенки, соответствующие большим сторонам основания, и их вертикальные стыки имеют ребра жесткости и крышку, в отверстиях которой установлены предохранительный клапан с упругим запорным элементом, предназначенный для сброса избытка внутреннего давления в аккумуляторе, и присоединенные к катоду и аноду клеммы, предохранительный клапан и клеммы закреплены в крышке с помощью резьбовых соединений, при этом клеммы крепятся к крышке корпуса аккумулятора с помощью накидных гаек, а между клеммами и крышкой установлены уплотняющие кольцевые прокладки, изготовленные из резины с повышенным содержанием силикона и каучука, обеспечивающие герметичность соединения, катодная клемма выполнена из алюминия и/или алюминиевого сплава, при этом обе клеммы имеют никелевое покрытие, соотношение длины, ширины и высоты корпуса аккумулятора равно 5:1:3, клеммы крепятся к крышке с помощью накидных гаек ультразвуковым соединением и расстояние между ним и не менее трех диаметров клеммы, при этом анодная клемма выполнена из меди, а упругий запорный элемент состоит из крышки клапана, прижимной пружины и прорезиненной металлической пластины.
Недостатком данного технического решения является то, что им не устраняются причины разгерметизации вследствие повышения давления внутри корпуса ЛИА, связанные с деструкцией электролита в процессе заряда и взаимодействия с активными материалами электродов с участием кислорода в воздушном пространстве аккумулятора.
Известен призматический литий-ионный аккумулятор (ЛИА) в полимерной упаковке (патент ПМ RU №143064, опубликовано 10.07.2014, МПК Н01М 10/0525, Н01М 4/131 принят за прототип), содержащий многослойный (двухслойный) полимерный корпус с герметично запаянными токовыводами положительных и отрицательных электродов, внутри которого размещен электродный блок из положительных и отрицательных электродов, состоящих из токовых коллекторов с нанесенной на них активной массой, между электродами расположен сепаратор, пропитанный электролитом, токовые коллекторы электродов приварены к соответствующим токовыводам, положительный токовывод выполнен из алюминия, отрицательный токовывод выполнен из меди, токовыводы расположены на одной стороне корпуса, отрицательный электрод представляет собой медную фольгу с нанесенной на нее анодной активной массой, состоящей из графита, поливинилиденфторида и углерода при следующем соотношении компонентов, мас. %: 90,0-96,0 графит 0,8-2,9 поливинилиденфторид углерод остальное, положительный электрод представляет собой алюминиевую фольгу с нанесенной на нее катодной активной массой, состоящей из кобальтата лития, поливинилиденфторида и углерода при следующем соотношении компонентов, мас. %: 90,0-95,0 кобальтат лития, 0,94-3,0 поливинилиденфторид, углерод остальное.
Недостатком прототипа является низкая безопасность его эксплуатации, которая выражается в увеличении объема корпуса за счет газовыделения, нарушение его герметичности, и, как следствие, воспламенение ЛИА.
Проблемой эксплуатации литий-ионных аккумуляторов является спонтанно возникающее воспламенение вследствие повышения давления внутри корпуса, приводящее к разгерметизации. Предлагаемая полезная модель является вариантом решения этой актуальной проблемы.
Техническим результатом полезной модели является повышение количества заряд-разрядных циклов безопасной работы.
Указанный технический результат достигается предлагаемой конструкцией ЛИА.
Призматический литий-ионный аккумулятор содержит двухслойный полимерный корпус с внешним слоем и внутренним слоем, внутри которого размещен электродный блок из положительных и отрицательных электродов, на одной стороне корпуса герметично запаяны токовыводы положительных и отрицательных электродов, состоящих из токовых коллекторов с нанесенной на них активной массой, между электродами расположен сепаратор, пропитанный электролитом, токовые коллекторы электродов приварены к соответствующим токовыводам, положительный токовывод выполнен из алюминия, отрицательный токовывод выполнен из меди, отрицательный электрод представляет собой медную фольгу с нанесенной на нее анодной активной массой, состоящей из 90,0-96,0% графита, 1,1-9,2% углерода связующее - остальное, положительный электрод представляет собой алюминиевую фольгу с нанесенной на нее катодной активной массой, состоящей из 90,0-95,0% кобальтата лития, 0,94-3,0% поливинилиденфторида и 2-9,06% углерода, причем в качестве связующего в анодной активной массе использована смесь анионной полимерной дисперсии 4,8-5,3% и натрий карбоксиметилцеллюлозы 1,5-2%, отношение суммы массы углерода в отрицательном электроде и массы кобальтата лития в положительном электроде к массе электролита составляет 3:1, корпус вакуумирован, внутренний слой корпуса снабжен защитными пластырями на его боковых поверхностях, на токовыводы нанесена трехслойная сульфированная каучуковая пленка, электроды выполнены поджатыми с усилием 5-6 МПа в залитом состоянии, в торце внешнего слоя корпуса расположен контроллер заряда-разряда, на котором закреплены токовыводы и токоподводящие провода.
Количество заряд-разрядных циклов безопасной работы повышается за счет снижения вероятности разгерметизации. Нарушение герметичности происходит вследствие увеличения давления внутри корпуса ЛИА за счет образования газообразных продуктов деструкции электролита. Снижение вероятности разгерметизации достигается приведенной в предлагаемой полезной модели совокупностью признаков. Применение в качестве связующего анодной массы смеси анионной полимерной дисперсии 4,8-5,3% и натрий карбоксиметилцеллюлозы 1,5-2% позволяет получать макроструктуру электрода с максимальной поверхностью контакта непосредственно графита с электролитом. Карбоксиметилцеллюлоза после удаления растворителя образует волокнистую структуру (В.И. Трескова, О.Т. Шипина, С.М. Романова, В.Т. Никитин Химическая модификация карбоксиметилцеллюлозы диаминофуразаном Вестник технологического университета, 2016, т. 19, №12, с. 172-175, https://cyberleninka.ru/article/v/himicheskaya-modifikatsiya-karboksimetiltsellyulozy-diaminofurazanom), что обеспечивает свободный доступ электролита непосредственно к зернам графита. Экспериментальными исследованиями было установлено, что в указанных пределах массовых долей компонентов связующего анодная масса является достаточно пластичной для формирования тонкого слоя массы и сохраняет механическую прочность после сушки. В апротонном электролите ЛИА это связующее сохраняет свою структуру и препятствует потере зерен графита в результате «отшелушивания». Отношение суммы массы углерода в отрицательном электроде и массы кобальтата лития в положительном электроде к массе электролита 3:1 обеспечивает возможность поглощения газообразных продуктов поверхностью графита как эффективного сорбента, что обеспечивает макроструктура электрода с предлагаемым связующим.
Проведенными исследованиями было показано, что при меньших соотношениях масс активных материалов к массе электролита может происходить накопление газообразных веществ во внутреннем пространстве ЛИА, а при большем соотношении возрастает его внутреннее сопротивление. Вакуумирование корпуса, проводимое после циклов формирования обеспечивает удаление газообразных продуктов побочных реакций. Поджатие электродов после формирования с усилием 5-6 МПа предотвращает образование пустого пространства, в котором могли бы накапливаться газообразные продукты, а также способствует увеличению поверхности контакта катодного и анодного материалов с электролитом. Защитные пластыри на боковых поверхностях повышают предел давления, при котором может наступить разрыв корпуса ЛИА. Трехслойная сульфированная каучуковая пленка на токовыводах служит дополнительным диэлектриком и предотвращает короткое замыкание на корпус на стадии технологического тестирования и эксплуатации, а также нарушение герметичности ЛИА. Побочные процессы деструкции электролита исключает также применение контроллера заряда-разряда, который производит отключение заряда при достижении напряжения разложения электролита и разрывает внешнюю цепь при протекании повышенного тока разряда либо по достижению напряжения разряда ниже допустимого значения. Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлен эскиз конструкции призматического литий-ионного аккумулятора с необходимыми местными разрезами.
На фигуре представлено:
1 - внутренний слой двухслойного полимерного корпуса
2 - внешний слой двухслойного полимерного корпуса
3 - отрицательный электрод
4 - положительный электрод
5 - токовый коллектор отрицательного электрода
6 - токовый коллектор положительного электрода
7 - сепаратор
8 - отрицательный токовывод
9 - положительный токовывод
10 - защитные пластыри
11 - трехслойная сульфированная каучуковая пленка
12 - контроллер заряда-разряда
13 - токоподводящие провода
Призматический литий-ионный аккумулятор состоит из двухслойного корпуса, включающего внутренний слой 1 и внешний слой 2. Во внутреннем слое 1 корпуса находятся блок отрицательных 3 и положительных 4 электродов, состоящих из токовых коллекторов: 5 отрицательного электрода и 6 положительного электрода с нанесенной на них активной массой, между электродами расположен сепаратор 7, пропитанный электролитом, токовые коллекторы 5 и 6 электродов 3 и 4 приварены к соответствующим токовыводам 8 и 9, отрицательный токовывод 8 выполнен из меди, положительный токовывод 9 выполнен из алюминия, токовыводы расположены на одной стороне корпуса, отрицательный электрод 3 представляет собой медную фольгу с нанесенной на нее анодной активной массой, состоящей из 90,0-96,0% графита, 1,1-9,2% углерода связующее - остальное, положительный электрод 4 представляет собой алюминиевую фольгу с нанесенной на нее катодной активной массой, состоящей из 90,0-95,0% кобальтата лития, 0,94-3,0% поливинилиденфторида и 2-9,06% углерода, в качестве связующего в анодной активной массе использована смесь анионной полимерной дисперсии 4,8-5,3% и натрий карбоксиметилцеллюлозы 1,5-2%, отношение суммы массы углерода в отрицательном электроде 3 и массы кобальтата лития в положительном электроде 4 к массе электролита составляет 3:1, корпус вакуумирован, внутренний слой 1 корпуса снабжен защитными пластырями 10 на боковых поверхностях, на токовыводы 8 и 9 нанесена трехслойная сульфированная каучуковая пленка 11, электроды 3 и 4 поджаты с усилием 5-6 МПа в залитом состоянии, в торце внешнего слоя 2 корпуса расположен контроллер заряда-разряда 12, к которому скоммутированы токовыводы 8 и 9 и токоподводящие провода 13.
Призматический литий-ионный аккумулятор работает следующим образом. При заряде токоподводящие провода 13 подключаются к одноименным клеммам зарядного устройства (на фигуре не показано), которое обеспечивает протекание через токовыводы 8 и 9, а также токовые коллекторы 5 и 6 электродов 3 и 4 и анодную и катодную массы тока, обеспечивающего процессы интеркаляции лития в графит на отрицательном электроде 3 и деинтеркаляции лития из кобальтита лития на положительном электроде 4. Сепаратор 7 предотвращает короткое замыкание электродов при увеличении объема анода и обеспечивает равномерный доступ электролита к электродам. Оптимальное соотношение массы электролита к сумме массы графита и кобальтата лития, 3:1 обеспечивает достаточно большую площадь контакта между электродами и электролитом, что снижает истинную плотность тока, при этом снижается вероятность протекания побочных процессов с образованием газообразных продуктов деструкции электролита и, тем самым, снижается вероятность повышения давления внутри внутреннего слоя двухслойного полимерного корпуса 1. Следствием этого является соответствующее снижение вероятности разгерметизации, приводящее к снижению количества заряд-разрядных циклов. Если газообразные продукты деструкции электролита все же начинают образовываться, они поглощаются активной массой отрицательного электрода 3, представляющую собой волокнистую структуру карбоксиметилцеллюлозы, обеспечивающую механическую прочность в совокупности с доступностью поверхности графита для электролита и протеканию катодного процесса внутри пор. Поглощение газообразных продуктов снижает внутреннее давление во внутреннем слое двухслойного полимерного корпуса 1, что снижает вероятность разгерметизации ЛИА. При достижении напряжения на литий-ионном аккумуляторе выше 4,35 В контроллер заряда-разряда 12, закрепленный в торце внешнего слоя двухслойного полимерного корпуса 2, отключает ток заряда. Это предотвращает процесс электроосаждения лития на поверхности графитового электрода, приводящий к внутреннему короткому замыканию, разогреву и испарению электролита, быстрому росту давления и нарушению герметичности корпуса с воспламенением мелкодисперсного лития. Разгерметизации внутреннего слоя двухслойного полимерного корпуса 1, вследствии повышения давления, препятствует поджим электродов 3 и 4, а также защитные пластыри 10 и дополнительная трехслойная сульфированная каучуковая пленка 11. Таким образом, совокупность существенных признаков полезной модели, обеспечивает многоуровневую защиту ЛИА от нарушения герметичности, влекущему за собой потерю его работоспососбности.
При разряде токоподводящие провода 13 подключаются к одноименным клеммам потребителя (на фигуре не показано), при замыкании цепи ток протекает через токовыводы 8 и 9 электродов 3 и 4, коллекторы электродов 5 и 6, анодную и катодную активную массу, что обеспечивает деинтеркаляцию лития из графита и интеркаляцию лития в делитированный оксид кобальта, а также восстановление продуктов окислительной деструкции электролита. Тем самым обеспечивается снижение внутреннего давления, которое могло появиться при заряде аккумулятора и снижается вероятность разгерметизации. При достижении напряжения 2,97 В контроллер заряда-разряда 12, закрепленный в торце внешнего слоя 2 многослойного полимерного корпуса, отключает ток разряда, чем препятствует образованию газообразных продуктов восстановительной деструкции электролита, соответствующему повышению давления внутри внутреннего слоя двухслойного полимерного корпуса 1 и его разрыву с разгерметизацией. Разгерметизации внутреннего слоя 1 многослойного полимерного корпуса вследствии возможного повышения давления препятствует плотная сборка электродов 3 и 4, а также защитные пластыри 10 и дополнительная трехслойная сульфированная каучуковая пленка 11. Таким образом, и при разряде совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает защиту ЛИА от разгерметизации и сокращения количества заряд-разрядных циклов.
Пример реализации полезной модели.
Было испытано 5 образцов аккумуляторов емкостью не менее 4,0 А⋅ч, изготовленных по предлагаемому варианту и 5 образцов емкостью не менее 4,0 А⋅ч по варианту прототипа.
Разряженные аккумуляторы в количестве по 5 шт. каждого варианта исполнения подключали к зарядно-разрядному стенду, вольтметру и проводили заряд токами от 4,0 А с повышением тока каждые 5 мин. на 0,5 А. В процессе испытаний установлено, 5 шт. образцов аккумуляторов по предлагаемому варианту отключились от зарядного устройства при токе заряда 7,0 А. Взрыв, возгорание аккумуляторов отсутствовали. Из 5 шт. аккумуляторов, изготовленных по варианту прототипа 2 шт. при токе разряда 2С (8,0 А) быстро достигли напряжения от 5,0 В до 5,65 В, после чего произошло увеличение габаритных размеров (вздутие), резкий подъем напряжения до 10 В и их последующее возгорание.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемая полезная модель может быть реализована на практике с достижением заявленного технического результата.
Claims (1)
- Призматический литий-ионный аккумулятор содержит двухслойный полимерный корпус с внешним слоем и внутренним слоем, внутри которого размещен электродный блок из положительных и отрицательных электродов, на одной стороне корпуса герметично запаяны токовыводы положительных и отрицательных электродов, состоящих из токовых коллекторов с нанесенной на них активной массой, между электродами расположен сепаратор, пропитанный электролитом, токовые коллекторы электродов приварены к соответствующим токовыводам, положительный токовывод выполнен из алюминия, отрицательный токовывод выполнен из меди, отрицательный электрод представляет собой медную фольгу с нанесенной на нее анодной активной массой, состоящей из 90,0-96,0% графита, 1,1-9,2% углерода, связующее - остальное, положительный электрод представляет собой алюминиевую фольгу с нанесенной на нее катодной активной массой, состоящей из 90,0-95,0% кобальтата лития, 0,94-3,0% поливинилиденфторида и 2-9,06% углерода, отличающийся тем, что в качестве связующего в анодной активной массе использована смесь анионной полимерной дисперсии 4,8-5,3% и натрий карбоксиметилцеллюлозы 1,5-2%, отношение суммы массы углерода в отрицательном электроде и массы кобальтата лития в положительном электроде к массе электролита составляет 3:1, корпус вакуумирован, внутренний слой корпуса снабжен защитными пластырями на его боковых поверхностях, на токовыводы нанесена трехслойная сульфированная каучуковая пленка, электроды выполнены поджатыми с усилием 5-6 МПа в залитом состоянии, в торце внешнего слоя корпуса расположен контроллер заряда-разряда, на котором закреплены токовыводы и токоподводящие провода.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019107346U RU190339U1 (ru) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Призматический литий-ионный аккумулятор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019107346U RU190339U1 (ru) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Призматический литий-ионный аккумулятор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU190339U1 true RU190339U1 (ru) | 2019-06-27 |
Family
ID=67002891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019107346U RU190339U1 (ru) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Призматический литий-ионный аккумулятор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU190339U1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200108U1 (ru) * | 2020-06-26 | 2020-10-07 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | ПРИЗМАТИЧЕСКИЙ ЛИТИЙ-ИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР С КАТОДОМ НА ОСНОВЕ LiMn2O4 |
| RU205771U1 (ru) * | 2021-04-29 | 2021-08-11 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | Призматический литий-ионный аккумулятор |
| RU2813605C1 (ru) * | 2023-07-26 | 2024-02-13 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | Электрохимическая ячейка для определения удельной емкости электродного материала |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU143064U1 (ru) * | 2014-03-13 | 2014-07-10 | Черепанов Владимир Борисович | Призматический литий-ионный аккумулятор в полимерной упаковке |
| US20150125721A1 (en) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | Lg Chem, Ltd. | Lithium secondary battery without the need of gas removal process |
| RU2584678C1 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Композитный катодный материал для литий-ионных батарей |
| RU168541U1 (ru) * | 2016-03-17 | 2017-02-08 | Евгений Алексеевич Чудинов | Литий-ионный аккумулятор |
-
2019
- 2019-03-15 RU RU2019107346U patent/RU190339U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150125721A1 (en) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | Lg Chem, Ltd. | Lithium secondary battery without the need of gas removal process |
| RU143064U1 (ru) * | 2014-03-13 | 2014-07-10 | Черепанов Владимир Борисович | Призматический литий-ионный аккумулятор в полимерной упаковке |
| RU2584678C1 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Композитный катодный материал для литий-ионных батарей |
| RU168541U1 (ru) * | 2016-03-17 | 2017-02-08 | Евгений Алексеевич Чудинов | Литий-ионный аккумулятор |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200108U1 (ru) * | 2020-06-26 | 2020-10-07 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | ПРИЗМАТИЧЕСКИЙ ЛИТИЙ-ИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР С КАТОДОМ НА ОСНОВЕ LiMn2O4 |
| RU205771U1 (ru) * | 2021-04-29 | 2021-08-11 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | Призматический литий-ионный аккумулятор |
| RU2813605C1 (ru) * | 2023-07-26 | 2024-02-13 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | Электрохимическая ячейка для определения удельной емкости электродного материала |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2677940C (en) | Electrochemical supercapacitor/lead-acid battery hybrid electrical energy storage device | |
| US4603093A (en) | Lead-acid battery | |
| RU2185675C2 (ru) | Конденсатор с двойным электрическим слоем | |
| RU190339U1 (ru) | Призматический литий-ионный аккумулятор | |
| KR20150012242A (ko) | 수용성-기반 전기 이중층 캐패시터 | |
| CN112557931A (zh) | 金属锂电池健康程度的检测装置及方法 | |
| BRPI0703410B1 (pt) | placa para bateria bipolar e bateria bipolar | |
| JP6394928B2 (ja) | 蓄電装置 | |
| WO2022126139A3 (en) | Electrolytes for lithium-ion battery cells with volume-changing anode particles | |
| RU124842U1 (ru) | Литий-ионная аккумуляторная батарея | |
| RU143066U1 (ru) | ПРИЗМАТИЧЕСКИЙ ЛИТИЙ-ИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР С КАТОДОМ ИЗ КОБАЛЬТАТА ЛИТИЯ LiCоО2 | |
| JPH08148184A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| JP3603290B2 (ja) | 密閉式有機電解液電池 | |
| EP4318744A1 (en) | Cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| JPH09270271A (ja) | 非水系二次電池およびその製造法 | |
| WO2011077640A1 (ja) | 制御弁式鉛蓄電池 | |
| RU216363U1 (ru) | Призматический литий-ионный аккумулятор | |
| RU213335U1 (ru) | ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ЛИТИЙ-ИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР С КАТОДОМ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЛИТИЯ-НИКЕЛЯ-МАРГАНЦА-КОБАЛЬТА (LiNiMnCoO2) (NMC) | |
| US20150002988A1 (en) | Storage cell | |
| EP3811454A1 (en) | Bipolar lead acid battery cells with increased energy density | |
| EP2894644A1 (en) | High-power electric double-layer capacitor | |
| CN205828166U (zh) | 一种石墨烯活性复合电极超级电容电池 | |
| KR20160064859A (ko) | 배 나온 각형 캔, 이를 포함하는 각형 이차 전지의 제조방법 | |
| RU206451U1 (ru) | ПРИЗМАТИЧЕСКИЙ ЛИТИЙ-ИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР С КАТОДОМ НА ОСНОВE LiNi0,5Mn1,5O4 | |
| RU228030U1 (ru) | ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ЛИТИЙ-ИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР С АНОДОМ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ТИТАНА ЛИТИЙ (Li4Ti5O12) |