RU2229185C1

RU2229185C1 - Method for manufacturing alkali battery plate

Info

Publication number: RU2229185C1
Application number: RU2002130450/09A
Authority: RU
Inventors: Л.К. Григорьева (RU); Л.К. Григорьева; О.А. Жученко (RU); О.А. Жученко
Original assignee: ООО "Химэлектро"
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-05-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; manufacture of alkali battery plates. SUBSTANCE: proposed method includes covering sponge lead with active material layer, two active-layer covered leads being placed one on top of other with active layers inside and compressed, whereupon plate is cut to desired size. For sponge lead use can be made of nickel sponge structure of 0.3-0.8 g/cu. cm density and pore size of 02-1.5 mm. Compression is conducted by applying pressure of 500 to 5 000 kg/sq. cm. Active layer is produced from mixture of powdered active material and binder, proportion of ingredients being as follows, mass percent: active material, 60-100; binder, 0-40. Active material may also contain current-conducting additive in proportion of 10 to 20% of active layer mass. Graphite or carbon black can be used as conducting additive. When binder-free active material is used, size of its particles is greater than pore size of sponge lead. Plates produced by this method are free from crumbling and creepage. EFFECT: enhanced mechanical and discharge characteristics of plate. 7 cl

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве электродов для щелочных аккумуляторов.The invention relates to electrical engineering and can be used in the manufacture of electrodes for alkaline batteries.

Известен способ изготовления электрода путем пропитки пористых основ растворами солей активным материалом и последующего осаждения активного электродного материала в пористой основе (пат. РФ №2050636, кл. Н 01 М 4/29, 20.12.1995).A known method of manufacturing an electrode by impregnating porous substrates with salt solutions with an active material and subsequent deposition of the active electrode material in a porous base (US Pat. RF No. 2050636, class N 01 M 4/29, 12/20/1995).

Недостаток указанного способа связан с многоступенчатостью процесса изготовления электрода, поскольку для получения достаточного количества активного материала цикл пропитка-осаждение повторяется несколько раз.The disadvantage of this method is associated with the multi-stage process of manufacturing the electrode, because to obtain a sufficient amount of active material, the impregnation-deposition cycle is repeated several times.

Из известных способов изготовления электродов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления электрода, включающий нанесение активной массы на губчатый токоотвод, с последующей ее подпрессовкой (пат. РФ №2044370, кл. Н 01 М 4/96, 20.09.1995).Of the known methods for the manufacture of electrodes, the closest in technical essence and the achieved result is a method of manufacturing an electrode, comprising applying an active mass to a spongy down conductor, followed by prepressing it (Pat. RF No. 2044370, CL N 01 M 4/96, 09/20/1995) .

Основной проблемой применения прессованных электродов является осыпание активной массы или ее перемещение и изменение формы электрода в процессе циклирования.The main problem with the use of extruded electrodes is the shedding of the active mass or its movement and the change in the shape of the electrode during cycling.

Задача изобретения - создание способа изготовления электрода для щелочного аккумулятора, свободного от осыпания и "оползания" активной массы и обладающего стабильными разрядными характеристиками.The objective of the invention is the creation of a method of manufacturing an electrode for an alkaline battery, free from shedding and "creeping" of the active mass and having stable discharge characteristics.

Указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления электрода для щелочного аккумулятора включает нанесение активного слоя на губчатый токоотвод, два токоотвода с активными слоями укладывают друг на друга активными слоями внутрь, сложенные токоотводы подвергают прессованию, после чего вырубают электрод заданного размера. Электрод с внутренним расположением активных слоев свободен от осыпания активной массы. Использование губчатого токоотвода обеспечивает хорошее сцепление с активной массой и свободный доступ электролита к активной массе.The specified technical result is achieved in that the method of manufacturing an electrode for an alkaline battery includes applying an active layer to a sponge down conductor, two down conductors with active layers are laid on top of each other with active layers inside, the folded down conductors are pressed, and then the electrode of a given size is cut down. An electrode with an internal arrangement of active layers is free from shedding of the active mass. The use of a sponge down conductor provides good adhesion to the active mass and free access of the electrolyte to the active mass.

Целесообразно в качестве губчатого токоотвода использовать никелевую губчатую структуру плотностью 0,3-0,8 г/см³ и размером пор 0,2-1,5 мм. Нижний предел плотности губчатой структуры 0,3 г/см³ и верхний предел размера пор 1,5 мм выбираются из условия прочности электрода. За пределами указанных величин активная масса выкрашивается из пористого токоотвода. Верхний предел плотности токоотвода 0,8 кг/см и нижний предел размера пор 0,2 мм не обеспечивают требуемой пористости электрода, что отрицательно влияет на его характеристики.It is advisable to use a nickel sponge structure with a density of 0.3-0.8 g / cm ³ and a pore size of 0.2-1.5 mm as a sponge down conductor. The lower limit of the density of the sponge structure of 0.3 g / cm ³ and the upper limit of the pore size of 1.5 mm are selected from the condition of the strength of the electrode. Outside of the indicated values, the active mass crumbles from the porous collector. The upper limit of the collector density of 0.8 kg / cm and the lower limit of the pore size of 0.2 mm do not provide the required porosity of the electrode, which negatively affects its characteristics.

Целесообразно прессование вести при давлении 500-5000 кг/см². Заявляемый диапазон прессования также определяется требуемыми прочностью и пористостью электрода. При давлении прессования ниже 500 кг/см активная масса в электроде имеет рыхлую, непрочную структуру, при давлении выше 5000 кг/см² активная масса имеет очень плотную структуру, что затрудняет доступ электролита в зону реакции.It is advisable to carry out the pressing at a pressure of 500-5000 kg / cm ² . The inventive pressing range is also determined by the required strength and porosity of the electrode. At a pressing pressure below 500 kg / cm, the active mass in the electrode has a loose, weak structure; at a pressure above 5000 kg / cm ^{2, the} active mass has a very dense structure, which makes it difficult for the electrolyte to enter the reaction zone.

Целесообразно, чтобы активный слой наносили из смеси активного вещества и связующего при следующем соотношении компонентов, мас.%: активное вещество 60-100; связующее 0-40. Наличие связующего в активной массе увеличивает прочность сцепления активной массы с токоотводом. Возможно и использование активной массы без связующего, когда размер порошка активной массы больше размера пор токоотвода.It is advisable that the active layer was applied from a mixture of the active substance and the binder in the following ratio of components, wt.%: Active substance 60-100; binder 0-40. The presence of a binder in the active mass increases the adhesion strength of the active mass to the down conductor. It is also possible to use an active mass without a binder, when the powder size of the active mass is larger than the pore size of the collector.

Целесообразно, чтобы активный слой дополнительно содержал токопроводящую добавку из графита и/или сажи в количестве 10-20% от массы активного слоя. Наличие токопроводящей добавки снижает сопротивление электрода. При содержании добавки менее 10% эффект снижения сопротивления незначителен. При содержании добавки более 20% снижается удельная емкость электрода из-за уменьшения количества активного вещества.It is advisable that the active layer additionally contains a conductive additive of graphite and / or soot in an amount of 10-20% by weight of the active layer. The presence of a conductive additive reduces the resistance of the electrode. When the content of the additive is less than 10%, the effect of reducing the resistance is negligible. When the content of the additive is more than 20%, the specific capacity of the electrode decreases due to a decrease in the amount of active substance.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, 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 claims is unknown. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию “изобретательский уровень” проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения. Установлено, что заявленное изобретение не следует явным образом для специалиста из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию “изобретательский уровень”.To verify the conformity of the claimed invention to the criterion of “inventive step”, an additional search was carried out for known technical solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention from the prototype. It is established that the claimed invention should not be explicitly for a specialist from the prior art. Therefore, the claimed invention meets the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется примером практической реализации.The invention is illustrated by an example of practical implementation.

Пример. На токоотвод из губчатого никеля толщиной 0,5 мм, плотностью 0,4 г/см³ и размером пор 0,6 мм наносили активную массу из смеси 75% гидрата никеля, 3% сернокислого кобальта, 10% графита в качестве токопроводящей добавки и 12% связующего в виде эмульсии ПТФЭ, проводили сушку при 100°С и последующую подпрессовку на прессе ПГ-100 при давлении 100 кг/см². Затем два токоотвода с активными слоями укладывались друг на друга активными слоями внутрь и подвергались прессованию при давлении 560 кг/см². Из полученных заготовок вырубались электроды размером 40×40 мм. Электроды, изготовленные в соответствии с указанным примером, испытывались в составе макетного образца никель-кадмиевого аккумулятора. Электрод подвергали циклированию при токе 1,5 А в течение 50 циклов. В процессе циклирования электрод имел стабильные характеристики, осыпания активной массы и изменения размеров электрода не обнаружено.Example. At the collector of the sponge nickel thickness of 0.5 mm, density 0.4 g / cm ³ and a pore size of 0.6 mm was applied to the active mass of a mixture of 75% nickel hydrate, 3% of cobalt sulfate, 10% of graphite as a conductive additive and 12 % binder in the form of a PTFE emulsion, drying was carried out at 100 ° C and subsequent prepressing on a PG-100 press at a pressure of 100 kg / cm ² . Then two down conductors with active layers were stacked on top of each other with active layers inward and were pressed at a pressure of 560 kg / cm ² . From the obtained blanks, 40 × 40 mm electrodes were cut. The electrodes made in accordance with this example were tested as part of a prototype nickel-cadmium battery. The electrode was cycled at a current of 1.5 A for 50 cycles. In the process of cycling, the electrode had stable characteristics, no shedding of the active mass and changes in the size of the electrode were detected.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный способ изготовления электрода может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию “промышленная применимость”.Based on the foregoing, we can conclude that the claimed method of manufacturing an electrode can be implemented in practice with the achievement of the claimed technical result, i.e. It meets the criterion of “industrial applicability”.

Claims

1. A method of manufacturing an electrode for an alkaline battery, comprising applying an active layer to a spongy down conductor, characterized in that two down conductors with active layers are stacked on top of each other with active layers inside, folded down conductors are pressed, and then an electrode of a given size is cut down.

2. The method according to claim 1, characterized in that a nickel sponge structure with a density of 0.3 ÷ 0.8 g / cm ³ and a pore size of 0.2 ÷ 1.5 mm is used as a sponge down conductor.

3. The method according to claim 1, characterized in that the pressing is carried out at a pressure of 500 ÷ 5000 kg / cm ² .

4. The method according to claim 1, characterized in that the active layer is applied from a mixture of the powder of the active substance and the binder in the following ratio of components (wt.%): Active substance 60 ÷ 100, binder 0 ÷ 40.

5. The method according to claim 4, characterized in that the active layer further comprises a conductive additive in an amount of 10 ÷ 20% by weight of the active layer.

6. The method according to claim 4, characterized in that graphite and / or soot is used as a conductive additive.

7. The method according to claim 4, characterized in that the particle size of the active substance is larger than the pore size of the sponge down conductor.