RU2154326C2 - Активный материал электрода химического источника тока - Google Patents
Активный материал электрода химического источника тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2154326C2 RU2154326C2 SU3195082/09A SU3195082A RU2154326C2 RU 2154326 C2 RU2154326 C2 RU 2154326C2 SU 3195082/09 A SU3195082/09 A SU 3195082/09A SU 3195082 A SU3195082 A SU 3195082A RU 2154326 C2 RU2154326 C2 RU 2154326C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lithium
- electrode
- active material
- silicon
- source plate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02E60/12—
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к активному материалу электрода. Техническим результатом изобретения является расширение температурного диапазона работоспособности. Согласно изобретению активный материал электрода содержит, мас.%: литий 33 - 56, кремний 42 - 59, асбестовое волокно 2 - 8. 3 табл.
Description
Изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к активному материалу электродов (анодов) на основе сплава литий-кремний, применяемым в тепловых источниках тока и источниках тока с неводными апротонными электролитами.
Известен литий-кремневый электрод, представляющий собой пористую металлическую матрицу, пропитанную в качестве активного материала сплавом литий-кремний (патент США N 3969139 от 13.06.76 Lai S.C.).
Недостатками активного материала этого электрода являются низкие удельные емкостные характеристики из-за наличия пористой металлической матрицы.
Известны прессованные электроды из сплава литий-кремний, содержащие до 55 мас. % лития. Однако только электроды, содержащие до 45 мас.% лития, работают надежно (Bush D.M.SAND 79-0470, The Li/FeS2 System for Thermal Batteries p. 16).
Увеличение количества лития в сплаве более 45 мас.% приводит к выплавлению из электрода при рабочих температурах элемента жидкого лития и реакции выплавившегося лития с корпусом батареи. Особенно этот эффект заметен при температурах выше 600oC. Поэтому в реальных ТИТ применяются обычно электроды, содержащие 42-45 мас.% лития. Температурный диапазон работоспособности элементов, активный материал которых представляет собой сплав литий-кремний (45 мас.% лития), составляет от 440 до 600oC.
Целью предполагаемого изобретения является расширение температурного диапазона работоспособности элементов с активным материалом отрицательного электрода на основе сплава литий-кремний.
Эта цель достигается тем, что в активном материале электрода, содержащем литий, кремний и асбест, указанные компоненты находятся в следующем соотношении: (мас.%) литий - 33-56, кремний - 42-59, асбест - 2-8.
Присутствие в электродной массе асбестового волокна в количестве 2-8 мас.%, обладающего высокой адсорбционной способностью, позволяет довести содержание лития до 56 мас.% и предотвращает вытекание лития из электрода при рабочей температуре элемента, расширяет температурный диапазон работоспособности элемента.
Количество асбеста в электроде должно быть достаточным для связывания капель жидкого лития, образующихся при рабочей температуре элемента, а также для придания электроду достаточной механической прочности.
В электродной массе должно быть не менее 2 мас.% асбестового волокна. Если асбестового волокна меньше 2 мас.%, то может происходить осыпание порошкового кремния с листового композиционного материала, и из-за нарушения состава электродной массы, в свою очередь, может происходить вытекание лития при рабочей температуре элемента.
Если асбестового волокна в электродной массе больше 8 мас.%, то, во-первых, увеличивается омическое сопротивление электродов, а, во-вторых, из-за увеличения толщины электрода ухудшаются удельные объемные электрические характеристики элемента.
Соотношение литий-кремний может меняться в широких пределах. В зависимости от назначения электрода количество лития в нем может быть от единиц процентов до 56 мас.%. Меньше 33 мас.% лития в электроде применять не целесообразно, поскольку удельная емкость такого электрода не достаточно велика, а у электродов с количеством лития более 56 мас.% при рабочей температуре возможны вытеки жидкого лития.
Уменьшение количества кремния в электроде ниже 42 мас.% приводит к вытеканию лития при рабочих температурах элемента.
Увеличение количества кремния более 59 мас.% приводит к уменьшению удельной емкости электрода и возрастанию внутреннего сопротивления.
Были изготовлены электрохимические элементы на системе LiSi|LiCl-KCl|FeS2 диаметром 50 мм (Sраб = 19,6 см2) с различными составами литий-кремниевых электродов. Варианты составов использованных электродных смесей приведены в таблице 1.
Во всех электродах в сплаве LiSi содержалось 0,84 г лития. Электродная масса находилась в чашках из никеля толщиной 0,1 мм. Чашки удерживали активную электродную массу и являлись токовыми коллекторами.
Высота борта корпуса 1,2-1,5 мм, масса корпуса 1,08 г. Толщина электрода после термообработки составляла 0,8-0,9 мм.
Электролитный слой двуслойной таблетки выполнен из смеси эвтектики LiCl-KCl - 68 мас.% и загустителя γ Al2O3 - 32 мас.%, масса электролитного слоя 3 г (0,15 г/см2). Катодный слой двуслойной таблетки выполнен из смеси 75 мас. % FeS2 и 25 мас.% загущенного электролита, состоящего из (LiCl-KCl) эвт - 87 мас.% и двуокиси кремния - 13 мас.%. Навеска катодной смеси - 7,0 г (0,35 г/см2).
Испытания элементов режимом i = 50 мА/см2 проводились в электронагревателе при температурах от 440 до 640oC.
Наибольшим временем работы обладали элементы с электродной массой N 4 (см. таблицу 1).
Результаты испытаний этих элементов в электронагревателе при различных температурах режимами i1 = 50 мА/см2 и i2 = 150 мА/см2 представлены в таблице 2.
Для сравнения в таблице 3 приведены результаты исследования элементов системы LiSi/LiCl-KCl/FeS2, проведенных в лаборатории американской фирмы "Sandia" (Bush D. M. SAND 79-0470, 1979 г.). Элементы диаметром 35,7 мм с площадью электродов 10 см2 были разряжены в электронагревателе при температурах от 440 до 600oC.
Аноды этих элементов представляют собой таблетки ⌀ 35,7 мм, отпрессованные из порошка сплава LiSi (42-45 мас.% Li) с размером частиц от 40 до 200 меш. Плотность таблеток до 1 г/см3.
Анодная масса составляет 0,1 г/см2. Электролитные таблетки отпрессованы из порошка (EB), представляющего собой смесь электролита (LiCl-KCl) эвт - 70 мас. % и загустителя - окиси магния - 30 мас.%. Масса электролита (0,3 г/см2). Катодные таблетки отпрессованы из смеси FeS2 - 64 мас.%, эвтектики (LiCl-KCl) - 16 мас.% и 20 мас.% сплава [(LiCl-KCl) эвт - 88 мас.% и SiO2 - 12 мас.%]. Плотность катодных таблеток 2,6 г/см3. Масса катода 0,4 г/см2.
Как показали проведенные испытания, элементы, выполненные с анодами, являющимися предметом предполагаемого изобретения, работоспособны в температурном диапазоне 440-640oC.
В электроде может быть использовано и другое волокнистое связующее, например каолиновое волокно, стекловолокно, волокно из нитрида бора и окиси иттрия. Однако при выборе связующего необходимо учитывать, что связующее является компонентом композиционного материала, изготавливаемого путем вакуумной фильтрации. Волокнистое связующее и кремниевый порошок должны образовывать устойчивую суспензию, т.е. замена асбестового волокна на другое волокнистое связующее влечет за собой специальный подбор дисперсионной среды для изготовления суспензии кремниевый порошок - волокно.
Claims (1)
- Активный материал электрода химического источника тока, содержащий литий, кремний и асбест, отличающийся тем, что указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Литий - 33 - 56
Кремний - 42 - 59
Асбестовое волокно - 2 - 8
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU3195082/09A RU2154326C2 (ru) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | Активный материал электрода химического источника тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU3195082/09A RU2154326C2 (ru) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | Активный материал электрода химического источника тока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2154326C2 true RU2154326C2 (ru) | 2000-08-10 |
Family
ID=20928883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU3195082/09A RU2154326C2 (ru) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | Активный материал электрода химического источника тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2154326C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444092C2 (ru) * | 2006-01-23 | 2012-02-27 | Нексеон Лтд. | Способ изготовления волокон, состоящих из кремния или материала на основе кремния, и их применение в перезаряжаемых литиевых аккумуляторах |
RU2526857C1 (ru) * | 2013-02-08 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт прикладной химии" | Способ изготовления композитных пластин |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3969139A (en) * | 1974-10-07 | 1976-07-13 | Rockwell International Corporation | Lithium electrode and an electrical energy storage device containing the same |
-
1988
- 1988-03-24 RU SU3195082/09A patent/RU2154326C2/ru active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3969139A (en) * | 1974-10-07 | 1976-07-13 | Rockwell International Corporation | Lithium electrode and an electrical energy storage device containing the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444092C2 (ru) * | 2006-01-23 | 2012-02-27 | Нексеон Лтд. | Способ изготовления волокон, состоящих из кремния или материала на основе кремния, и их применение в перезаряжаемых литиевых аккумуляторах |
RU2526857C1 (ru) * | 2013-02-08 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт прикладной химии" | Способ изготовления композитных пластин |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3933520A (en) | Method of preparing electrodes with porous current collector structures and solid reactants for secondary electrochemical cells | |
US4011372A (en) | Method of preparing a negative electrode including lithium alloy for use within a secondary electrochemical cell | |
US3160531A (en) | Galvanic cell electrode | |
US4012562A (en) | Modular electrical energy storage device | |
CA1084586A (en) | Negative electrode of lithium, silicon and boron for electrochemical cells | |
US4439502A (en) | Galvanic element having a porous solid-electrolyte sinter framework containing the cathode material | |
CA1077562A (en) | Electrode structure for electrical energy storage device | |
US4054729A (en) | Rechargeable high temperature electrochemical battery | |
US4407915A (en) | Secondary zinc electrode | |
US4221849A (en) | Iron-lithium anode for thermal batteries and thermal batteries made therefrom | |
US3827910A (en) | Homogeneous cathode mixtures for secondary electrochemical power-producing cells | |
US5534367A (en) | Molten salt electrolyte separator | |
US5656391A (en) | lectrochemical alkali metal cell and process for its manufacture | |
US5004657A (en) | Battery | |
CA1065013A (en) | Method of preparing an electrochemical cell in uncharged state | |
CA1045680A (en) | Lithium-silicon electrode for rechargeable cell | |
RU2154326C2 (ru) | Активный материал электрода химического источника тока | |
GB2023570A (en) | Glass electrolyte for sodium/sulphur cells | |
JPH0352187B2 (ru) | ||
US4528253A (en) | High performance molten nitrate cell | |
US4087905A (en) | Method of preparing a powdered, electrically insulative separator for use in an electrochemical cell | |
JP3209066B2 (ja) | ナトリウム−硫黄電池の電槽 | |
KR100237137B1 (ko) | 니켈과 수소저장합금으로 구성된 2차 전지용 전극재료 합금 | |
US3997363A (en) | Modular electrical energy storage device | |
JP2789678B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質保持層 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |