RU2218634C2 - Lithium cell - Google Patents

Lithium cell Download PDF

Info

Publication number
RU2218634C2
RU2218634C2 RU2002105039/09A RU2002105039A RU2218634C2 RU 2218634 C2 RU2218634 C2 RU 2218634C2 RU 2002105039/09 A RU2002105039/09 A RU 2002105039/09A RU 2002105039 A RU2002105039 A RU 2002105039A RU 2218634 C2 RU2218634 C2 RU 2218634C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
lithium
out
dendrites
nickel
Prior art date
Application number
RU2002105039/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002105039A (en
Inventor
М.С. Плешаков
К.А. Тышлангов
М.А. Пичугина
Д.Н. Кундрюцков
Original Assignee
ООО Инженерная фирма "Орион ХИТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО Инженерная фирма "Орион ХИТ" filed Critical ООО Инженерная фирма "Орион ХИТ"
Priority to RU2002105039/09A priority Critical patent/RU2218634C2/en
Publication of RU2002105039A publication Critical patent/RU2002105039A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2218634C2 publication Critical patent/RU2218634C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage
    • Y02E60/12Battery technologies with an indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/122Lithium-ion batteries

Abstract

FIELD: electrical engineering, chemical sources of electric energy. SUBSTANCE: in accordance with invention lithium cell is equipped with additional sealed lead-out placed on housing connected to nickel membrane coming in the form of gauze with cell size (80-120) x (80-120) mcm. Presence of sealed lead-out connected to membrane on housing makes it feasible to record changes of membrane potential at moment of dendrite growing through separator and makes external influence on lithium dendrite possible ( for example, its automatic burn-out by heavy current or dissolution with discharge ). EFFECT: raised safety while handling lithium cells and preservation of high specific characteristics. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве литиевых аккумуляторов. The invention relates to electrical engineering and can be used in the manufacture of lithium batteries.

Литиевые аккумуляторы обладают существенным недостатком - короткие замыкания. Lithium batteries have a significant drawback - a short-circuit. Они приводят к выходу аккумуляторов из строя и сопровождаются перегревом и взрывами. They lead to the output of the battery system and accompanied by overheating and explosions. Возникновение коротких замыканий обусловлено активным дендритообразованием на литиевом электроде (Багоцкий BC, Скундин А.М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981, с. 240-241). The occurrence of short circuits due to active dendritoobrazovaniem lithium electrode (Bagotsky BC, Skundin AM Chemical current sources. M .: Energoizdat, 1981, pp. 240-241).

Для решения указанной проблемы принимаются различные меры предосторожности, такие как: выбор более стойких сепарационных материалов; To solve this problem, take a variety of precautions, such as: choice of more resistant separation materials; введение в электролит добавок, ограничивающих рост дендритов (SU, патен 343480, кл. Н 01 М 10/40, 1972); introduction of additives into the electrolyte bounding the growth of dendrites (SU, 343480 Paten, cl H 01 M 10/40, 1972.); обработка поверхности литиевого электрода с получением электронопроводящих покрытий, которые препятствуют образованию дендритов (US, патент 6037750, Н 01 М 10/44, 1996). processing the lithium electrode surface to obtain electron-conductive coatings which inhibit the formation of dendrites (US, Patent 6037750, H 01 M 10/44, 1996).

Известен литиевый ХИТ (US, патент 4743520, кл. Н 01 М 2/14, 1988), содержащий литиевый анод, катод, электролит и двухслойный пористый сепаратор. Known lithium HIT (US, patent 4743520, cl. H 01 M 2/14, 1988) containing a lithium anode, a cathode, an electrolyte and a porous two-layer separator. Для предотвращения отказа аккумулятора при повышении величины разрядного тока между сепараторами устанавливается ограничитель тока, выполненный в виде перегородки из изоляционного материала с отверстиями, составляющими 1-60% площади. To prevent failure of the battery by increasing the discharge current is established between the separators current limiter configured as a partition of insulating material with holes constituting 1-60% of the area.

Недостатком такого ХИТ является низкая удельная мощность из-за дополнительного конструктивного элемента с высоким сопротивлением. A disadvantage of such a HIT is a low power density due to the additional component with a high resistance.

Также известен литиевый ХИТ (ЕР, заявка 0129880, кл. Н 01 М, 1985), содержащий литиевый анод, многослойный сепаратор, электролит, катод и пористую металлическую пластину, предотвращающую взрыв аккумулятора при перемене полярности за счет шунтирования обратного тока литиевыми дендритами, образующими мостики между литиевым электродом и пластиной. Also known lithium HIT (EP Application 0129880, cl. H 01 M, 1985) containing a lithium anode, a multilayered separator, an electrolyte, a cathode and a porous metal plate that prevents explosion of the battery when changing polarity due to shunting reverse current lithium dendrites forming bridges between the lithium electrode and the plate.

Тем не менее, введение пористой пластины не исключает полностью образования дендритов и закорачивания ХИТ. However, the introduction of the porous plate does not completely eliminate the formation of dendrites and shorting HIT. Недостатком также является снижение удельных характеристик ХИТ за счет вводимой пористой пластины. A disadvantage is also the reduction of specific characteristics due HIT input porous plate.

Наиболее близким по технической сущности является литиевый ХИТ (RU, патент 2105393, кл. Н 01 М 6/14, 2/14, 1996), содержащий литиевый анод, многослойный сепаратор, электролит, катод и металлическую мембрану. The closest in technical essence is a lithium HIT (RU, patent 2105393, cl. H 01 M 6/14, 2/14, 1996) comprising a lithium anode, a multilayered separator, an electrolyte, a cathode and a metal membrane. Мембраной является пористая никелевая фольга толщиной 20-250 мкм, пористостью 10-60%, размером пор 1-50 мкм, которая имеет электрический контакт с анодом. The membrane is a porous nickel foil with thickness 20-250 micron, a porosity of 10-60%, a pore size of 1-50 microns, which has electrical contact with the anode.

Это изобретение не исключает возможность коротких замыканий, приводящих к взрыву, так как никелевая мембрана имеет контакт с литиевым электродом, при заряде литий будет осаждаться в первую очередь на ней, из-за чего уменьшается расстояние между катодом и поверхностью дендритов. This invention does not exclude the possibility of short-circuits, leading to an explosion, since the nickel membrane is in contact with a lithium electrode, lithium during charging will be deposited primarily on it, because it reduces the distance between the cathode surface and dendrites.

Задачей изобретения является повышение безопасности эксплуатации литиевых аккумуляторов при сохранении высоких удельных характеристик путем прекращения заряда в момент регистрации прорастания дендрита через сепаратор. The object of the invention is to increase the operational safety of lithium batteries, while maintaining high specific charge characteristics by terminating at the registration germination dendrites through the separator.

Указанный технический результат достигается тем, что литиевый аккумулятор, содержащий литиевый анод, двухслойный сепаратор, электролит, катод и металлическую мембрану, расположенную между сепараторами, имеет дополнительный гермовывод на корпусе, соединенный с никелевой мембраной, выполненной в виде сетки с размером ячеек (80-120)х((80-120) мкм. Said technical result is achieved in that the rechargeable lithium battery comprising a lithium anode, a two-layer separator, an electrolyte, a cathode and a metallic membrane disposed between the separators has a second sealed leads on the body coupled to nickel membrane formed as a grid with mesh size (80-120 ) x ((80-120) mm.

Сущность изобретения заключается в том, что дендриты с поверхности литиевого электрода прорастают между волокнами сепаратора и касаются поверхности металлической мембраны, изменяя ее потенциал в отрицательную сторону. The invention consists in the fact that the dendrites on the surface of lithium electrode separator sprout between the fibers and the tangent to the surface of the metal membrane, altering its potential on the negative side. Наличие гермовывода на корпусе, подсоединенного к мембране, делает возможным внешнее воздействие на дендрит (например, его автоматическое пережигание большим током или растворение при разряде). Having sealed leads on the body connected to the membrane, makes possible external influence on dendrites (e.g., its auto burnout current or dissolution during discharge). Изменение потенциала мембраны можно фиксировать как вручную (высокоомным вольтметром), так и с помощью автоматических зарядно-разрядных стендов. Changes in membrane potential can be fixed manually (high impedance voltmeter) and via charge-discharge circuit stands. Режим цитирования может быть заложен в зарядное устройство. citation mode can be incorporated in the charger.

Целесообразно металлическую мембрану выполнять в виде никелевой сетки толщиной 10-50 мкм, степенью открытия 40-70%, размером ячеек (80-120)х(80-120) мкм. It is advisable to carry out the metal membrane in the form of nickel mesh of thickness 10-50 microns, the opening degree of 40-70%, a mesh size of (80-120) × (80-120) mm. Никель стоек в агрессивной среде электролита при рабочих условиях литиевых аккумуляторов и широко используется в технологии. Nickel racks in a corrosive electrolyte medium at operating conditions of lithium batteries and are widely used in the art. Нижний предел толщины мембраны - 10 мкм обусловлен механической прочностью сетки. The lower limit of the thickness of the membrane - 10 micron mesh driven mechanical strength. Применение толщины мембраны более 50 мкм нецелесообразно из-за снижения удельных характеристик. Application of the membrane thickness 50 microns is impractical because of the decrease in specific characteristics. Нижний предел размеров ячеек сетки 80х80 мкм и степень открытия 40% выбраны так, чтобы не повышать внутреннее сопротивление аккумулятора, размер ячеек, превышающий 120х120 мкм, и степень открытия более 70% не гарантируют эффективной регистрации прорастания дендритов, вследствие этого понижается безопасность использования ХИТ. The lower limit of the mesh size of 80x80 mm and the opening degree of 40% are chosen so as not to increase the internal resistance of the battery, the cell size exceeding 120x120 microns, and the opening degree of more than 70% do not guarantee effective registration sprouting of dendrites thereby decreases the safety of using HIT.

Эффективность предлагаемого технического решения обусловлена тем, что дендриты на литиевом электроде растут неравномерно, наибольший вред причиняют одиночные наиболее крупные дендриты, имеющие относительно большую механическую прочность. The effectiveness of the proposed technical solutions due to the fact that the dendrites on the lithium electrode grow irregularly, cause the greatest damage single largest dendrites having relatively high mechanical strength. Именно они приводят к коротким замыканиям с последующими взрывами. They lead to short-circuit followed by explosions. Предлагаемое техническое решение позволяет избирательно уничтожать такие дендриты лития в процессе заряда аккумуляторов. The proposed technical solution allows to selectively destroy such lithium dendrites during charging batteries.

Пример. Example. Для испытаний было собрано 6 серий лабораторных образцов типоразмера R6 (по 3 штуки в каждой серии) ХИТ с литиевым и сажевым электродами, двухслойным сепаратором и электролитом LiAlCl 4 •6SO 2 . For test series were collected 6 R6 laboratory size samples (3 pieces in each series) and HIT lithium particulate electrodes, separator and electrolyte bilayer LiAlCl 4 • 6SO 2. Серия 1 изготовлена без мембраны. Series 1 is made without the membrane. Мембрану в сериях 2-6 располагали между сепараторами. The membrane in the series 2-6 sandwiched between separators. Параметры мембраны, выполненной из никелевой сетки: Parameters membrane made of nickel mesh:
- при толщине 10 мкм размеры ячеек 80х80 мкм, степень открытия 40%; - at a thickness of 10 .mu.m mesh size of 80x80 microns, the opening degree of 40%;
- при толщине 35 мкм размеры ячеек 100х100 мкм, степень открытия 55%; - at a thickness of 35 .mu.m mesh size of 100x100 m, the opening degree of 55%;
- при толщине 50 мкм размеры ячеек 120х120 мкм, степень открытия 70%. - at a thickness of 50 micron cell sizes 120x120 mm, the opening degree of 70%.

В 5 и 6 серии макетов в качестве мембраны использовали пористую никелевую фольгу с размером пор 50 мкм и пористостью 50% при толщине 50 мкм. In 5 and 6 the series of layouts as porous membranes used a nickel foil having a pore size of 50 microns and a porosity of 50% at a thickness of 50 microns. Результаты испытаний макетов аккумуляторов представлены в таблице. Test results of batteries layouts are presented in the table.

Испытания проводили на автоматическом заряд-разрядном стенде. Tests were performed on an automatic charge-discharge bench. Плотность тока заряда и разряда 1 мА/см 2 . Charge and discharge current density of 1 mA / cm 2. При изменении потенциала мембраны в отрицательную сторону заряд автоматически прекращался. If you change the membrane potential towards negative charge is automatically stopped. При разряде дендриты пережигали током 10•I разряда и продолжали заряд в обычном режиме. When the discharge current fusible dendrites 10 • I continued to charge and discharge normally.

Установлено, что введение контроля потенциала мембраны повышает взрывобезопасность и увеличивает количество циклов аккумулятора до выхода его из строя. It found that the introduction of the membrane potential of control explosion increases and increases the number of battery cycles before its failure. Введение металлической мембраны, выполненной в виде никелевой сетки, не приводит к снижению удельных характеристик ХИТ в отличие от макетов, содержащих мембрану, выполненную в виде пористой никелевой фольги. Introduction of a metal membrane made of nickel mesh, did not reduce the specific characteristics HIT Unlike layouts containing membrane formed into a porous nickel foil. Это происходит вследствие облегчения процесса массопереноса через мембрану и отсутствия возрастания внутреннего сопротивления аккумулятора за счет оптимально подобранного размера ячеек выбранного материала мембраны. This is due to facilitate mass transfer through the membrane and the lack of increase in battery internal resistance due to optimally chosen size of the membrane material selected cells. Проведенные испытания показали, что размеры ячеек металлической мембраны (80-120)х(80-120) мкм позволяют наиболее эффективно регистрировать прорастание дендритов, предупреждать возникновение коротких замыканий и тем самым увеличить безопасность эксплуатации аккумуляторов. Tests have shown that the cell sizes of the metal membrane (80-120) × (80-120) mm allow most effectively detect sprouting of dendrites, prevent the occurrence of short circuits and thereby increase the safety of use of batteries. Внешний контроль потенциала мембраны позволяет вовремя остановить заряд и разрушить дендрит внешним воздействием. External control of the membrane potential allows time to stop the charge and destroy the dendrite external influence.

Таким образом, приведенные примеры изготовления аккумуляторов в соответствии с признаками, изложенными в формуле изобретения, а также испытания этих аккумуляторов на зарядно-разрядном стенде подтверждают возможность практической реализации заявляемого изобретения с достижением указанного технического результата. Thus, the examples of manufacturing accumulators in accordance with the features set forth in the appended claims, and these test batteries for charging-stand discharge confirm the possibility of practical realization of the claimed invention with the achievement of the said technical result. На основании изложенного можно сделать заключение о соответствии заявляемого изобретения критерию "промышленная применимость". Based on the above it can be concluded according to the claimed invention, the criterion of "industrial applicability".

Таким образом, проведенный анализ уровня техники дает нам утверждать, что заявляемая нами совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна, что отвечает одному из критериев - "новизна". Thus, the above analysis of the prior art enables us to say that we have the claimed totality of essential features set forth in the claims, is not known, that meets one of the criteria - "novelty."

Изучение технических решений с целью выявления существенных признаков нашего изобретения, совпадающих с признаками прототипа, показало, что заявленное изобретение не следует явно для специалиста в данной области из известного уровня техники. Study of technical solutions in order to identify essential features of our invention, coincident with the prototype attributes showed that the claimed invention should not explicitly to those skilled in the art from the prior art. Считаем, что предлагаемое решение соответствует критерию "изобретательный уровень". We consider that the proposed solution meets the criterion of "inventive step".

На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемое техническое решение может быть признано изобретением и защищено патентом Российской Федерации. Based on the above, we consider that the proposed solution can be found to the present invention and protected by the patent of the Russian Federation.

Claims (1)

  1. Литиевый химический источник тока, содержащий анод из металлического лития, двухслойный сепаратор, катод, электролит, никелевую мембрану, расположенную между сепараторами, гермовывод, расположенный в крышке, отличающийся тем, что он имеет дополнительный гермовывод на корпусе, соединенный с никелевой мембраной, выполненной в виде сетки с размером ячеек (80-120)·(80-120) мкм. Lithium chemical current source comprising an anode of lithium metal, a dual layer separator, the cathode, the electrolyte, the nickel membrane disposed between the separators, sealed leads disposed in the lid, characterized in that it has a second sealed leads on the body coupled to nickel membrane formed as a nets with mesh sizes (80-120) + (80-120) mm.
RU2002105039/09A 2002-02-26 2002-02-26 Lithium cell RU2218634C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002105039/09A RU2218634C2 (en) 2002-02-26 2002-02-26 Lithium cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002105039/09A RU2218634C2 (en) 2002-02-26 2002-02-26 Lithium cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002105039A RU2002105039A (en) 2003-10-20
RU2218634C2 true RU2218634C2 (en) 2003-12-10

Family

ID=32066052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002105039/09A RU2218634C2 (en) 2002-02-26 2002-02-26 Lithium cell

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2218634C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7682740B2 (en) 2004-02-07 2010-03-23 Lg Chem, Ltd. Organic/inorganic composite porous layer-coated electrode and electrochemical device comprising the same
US8409746B2 (en) 2004-09-02 2013-04-02 Lg Chem, Ltd. Organic/inorganic composite porous film and electrochemical device prepared thereby
US8741470B2 (en) 2007-04-24 2014-06-03 Lg Chem, Ltd. Electrochemical device having different kinds of separators

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HEMIJSKA INDASTRIA. Beograd Godina 30, BR.2, feb. 1976, p. 57-60. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7682740B2 (en) 2004-02-07 2010-03-23 Lg Chem, Ltd. Organic/inorganic composite porous layer-coated electrode and electrochemical device comprising the same
US8409746B2 (en) 2004-09-02 2013-04-02 Lg Chem, Ltd. Organic/inorganic composite porous film and electrochemical device prepared thereby
US9490463B2 (en) 2004-09-02 2016-11-08 Lg Chem, Ltd. Organic/inorganic composite porous film and electrochemical device prepared thereby
US8741470B2 (en) 2007-04-24 2014-06-03 Lg Chem, Ltd. Electrochemical device having different kinds of separators

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1183614C (en) Thin battery
USRE47520E1 (en) Separator for a high energy rechargeable lithium battery
KR100687159B1 (en) Solid Electrolyte Battery
US4654281A (en) Composite cathodic electrode
US20110052987A1 (en) Battery separator and nonaqueous electrolyte battery
KR100775310B1 (en) Organic/inorganic composite microporous membrane and electrochemical device prepared thereby
JP4423290B2 (en) Stacked lithium-ion rechargeable battery
AU700453B2 (en) Low resistance rechargeable lithium-ion battery
JP3722797B2 (en) Electrolyte-containing granular electrode for lithium storage battery
CA1307024C (en) Separator for lithium batteries and lithium batteries including the separator
JP2004031316A (en) Solar cell composite thin film solid lithium ion secondary battery
JP3586195B2 (en) Composite electrode containing PTC polymer
US4964878A (en) Lead-acid rechargeable storage battery
US5691005A (en) Manufacturing method of a separator for a lithium secondary battery and an organic electrolyte lithium secondary battery using the same separator
RU2342743C1 (en) Bank of accumulator cells with alternating orientation configuration
EP0689260B1 (en) Rechargeable electrochemical cell
US7413582B2 (en) Lithium battery
TWI279938B (en) Electrochemical cell with two types of separators
US5322746A (en) Electrode composition and design for high energy density cells
US5863676A (en) Calcium-zincate electrode for alkaline batteries and method for making same
KR100985365B1 (en) Electrochemical element
CA2205683C (en) Polymerizable additives for making non-aqueous rechargeable lithium batteries safe after overcharge
US20030194605A1 (en) Rechargeable high power electrochemical device
KR100587438B1 (en) Nonaqueous Secondary Battery and Method of Manufacturing Thereof
KR20070106814A (en) Secondary battery having electrode with self cutting part to be destructed on application of over-current

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070227