RU2306638C1

RU2306638C1 - Positive silver plate for alkali battery and storage battery using proposed plate

Info

Publication number: RU2306638C1
Application number: RU2006101741/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Ибрагимович Лолейт (RU); Сергей Ибрагимович Лолейт; Валерий Владимирович Рудаков (RU); Валерий Владимирович Рудаков; Валерий Владимирович Кароник (RU); Валерий Владимирович Кароник
Original assignee: Сергей Ибрагимович Лолейт
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-09-20

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: proposed positive silver plate for alkali battery has current collector and porous silver powder based active material; mentioned powder has porous particles measuring 400 - 500 μm, particle pore size is 0.5 - 8.0 μm, specific surface area, 0.1 - 0.3 m²/g, and bulk density, 1.0 - 1.8 g/cm³. Powder particles can be formed from irregular-shape nonporous crystals measuring 1.0 to 5.0 μm. Silver powder can incorporate 0.5 - 0.8 mass percent of silver chloride, 0.8 - 1.2 mass percent of potassium hydroxide, 1.0 - 1.2 mass percent of silver metal powder with particles measuring below 40 μm produced by electrolytic or subtractive method. Silver-zinc alkali battery has jar accommodating electrolyte-impregnated positive and negative plates with separator in-between; positive plate used in battery is manufactured by newly proposed method.

EFFECT: enhanced charging and discharging characteristics of positive plate and of alkali battery using this plate.

9 cl, 6 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении положительных электродов из пористого серебряного порошка и щелочных аккумуляторов на их основе.The invention relates to the electrical industry and can be used in the manufacture of positive electrodes from porous silver powder and alkaline batteries based on them.

Известен положительный серебряный электрод, содержащий токовый коллектор из серебряной проволоки и спеченную активную массу из серебряного порошка (см. патент США 2862985, кл. 136-21, 1958). Недостатками указанного электрода являются низкие коэффициент использования активной массы и разрядные характеристики, обусловленные низкой дисперсностью серебряного порошка и наличием закрытых пор, в частицах порошка, которые недоступны для электролита. Это повышает внутреннее электрическое сопротивление электрода и снижает эффективность использования активной массы.A positive silver electrode is known comprising a silver wire current collector and a sintered active mass of silver powder (see US Pat. No. 2,862,985, CL 136-21, 1958). The disadvantages of this electrode are low utilization of the active mass and discharge characteristics due to the low dispersion of the silver powder and the presence of closed pores in the powder particles, which are inaccessible to the electrolyte. This increases the internal electrical resistance of the electrode and reduces the efficiency of use of the active mass.

Из известных положительных серебряных электродов наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является серебряный электрод, содержащий никелевый токовый коллектор, покрытый серебром, и активную массу из пористого серебряного порошка и связующего (см. пат. США 4930211, кл. Н01М 6/00, 1990). Недостаток указанного электрода связан с низкой дисперсностью серебряного порошка и наличием в активном слое связующего, что уменьшает количество электрохимически активного материала в электроде, увеличивает внутреннее электрическое сопротивление электрода и снижает его разрядные характеристики.Of the known positive silver electrodes, the closest in combination of essential features and technical result achieved is a silver electrode containing a nickel current collector coated with silver and an active mass of porous silver powder and a binder (see US Pat. No. 4,930,211, class H01M 6/00 , 1990). The disadvantage of this electrode is associated with a low dispersion of the silver powder and the presence of a binder in the active layer, which reduces the amount of electrochemically active material in the electrode, increases the internal electrical resistance of the electrode and reduces its discharge characteristics.

Известен щелочной серебряно-цинковый аккумулятор, содержащий корпус, размещенные в нем положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором и пропитанные электролитом (см. пат. США 2561943, кл. 136-106, 1951). Недостатком указанного аккумулятора являются невысокие разрядные характеристики, связанные с уровнем характеристик используемого в нем пастированного серебряного электрода.Known alkaline silver-zinc battery containing the housing, placed in it the positive and negative electrodes, separated by a separator and impregnated with an electrolyte (see US Pat. US 2561943, CL 136-106, 1951). The disadvantage of this battery is the low discharge characteristics associated with the level of characteristics of the paste silver electrode used in it.

Из известных щелочных серебряно-цинковых аккумуляторов наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является щелочной аккумулятор, содержащий корпус и размещенные в нем положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором и пропитанные электролитом. В качестве положительного электрода используется серебряный электрод с активным слоем из пористого металлического серебра (см. пат. США 2615930, кл. 136-20, 1952).Of the known alkaline silver-zinc batteries, the closest in combination of essential features and the technical result achieved is an alkaline battery containing a housing and positive and negative electrodes placed therein, separated by a separator and impregnated with an electrolyte. As a positive electrode, a silver electrode with an active layer of porous metallic silver is used (see US Pat. No. 2,615,930, CL 136-20, 1952).

Задачей изобретения является создание положительного серебряного электрода, технологичного в массовом производстве, и щелочного серебряно-цинкового аккумулятора на его основе, обладающих повышенными разрядно/зарядными и циклическими характеристиками.The objective of the invention is to create a positive silver electrode, technologically advanced in mass production, and an alkaline silver-zinc battery based on it, with increased discharge / charging and cyclic characteristics.

Указанный технический результат достигается тем, что положительный серебряный электрод для щелочного аккумулятора содержит токовый коллектор и активную массу на основе пористого серебряного порошка, при этом порошок состоит из пористых частиц размером 400-500 мкм, величиной пор в частицах 0,5-8,0 мкм, имеет удельную поверхность 0,1-0,3 м² /г и насыпную плотность 1,0-1,8 г/см³. Указанные параметры структуры частиц порошка обеспечивают эффективный доступ и распределение электролита в активной массе электрода, что способствует повышению его разрядных характеристик.The specified technical result is achieved in that a positive silver electrode for an alkaline battery contains a current collector and an active mass based on a porous silver powder, while the powder consists of porous particles with a size of 400-500 microns, pore size in the particles of 0.5-8.0 microns has a specific surface area of 0.1-0.3 m ² / g and a bulk density of 1.0-1.8 g / cm ³ . The indicated parameters of the structure of the powder particles provide effective access and distribution of the electrolyte in the active mass of the electrode, which helps to increase its discharge characteristics.

Целесообразно, чтобы пористые частицы порошка были образованы из беспористых кристаллов неправильной формы размером от 1,0 до 5,0 мкм. Указанные размеры частиц и их форма обеспечивают повышенную электропроводность и увеличивают эффективность использования активной массы электрода при заряде и разряде.It is advisable that the porous particles of the powder were formed from non-porous crystals of irregular shape ranging in size from 1.0 to 5.0 microns. The indicated particle sizes and their shape provide increased electrical conductivity and increase the efficiency of using the active mass of the electrode during charge and discharge.

Целесообразно, чтобы серебряный порошок содержал 0,5-0,8% мас. хлорида серебра, 0,8-1,2% мас. гидроксида калия, 1,0-1,2% мас. металлического серебряного порошка с размером частиц менее 40 мкм, полученного полученный электролитическим или субтрактивным способом. Содержание в порошке указанных компонентов обеспечивает высокую технологичность процесса изготовления электродов, воспроизводимость технологии, повышенную механическую прочность и электропроводность электродов.It is advisable that the silver powder contains 0.5-0.8% wt. silver chloride, 0.8-1.2% wt. potassium hydroxide, 1.0-1.2% wt. metallic silver powder with a particle size of less than 40 microns, obtained obtained by electrolytic or subtractive method. The content of these components in the powder provides high adaptability of the process of manufacturing the electrodes, reproducibility of the technology, increased mechanical strength and electrical conductivity of the electrodes.

Использование серебряного порошка с указанными параметрами в активной массе положительного электрода позволяет повысить разрядно-зарядные и циклические характеристики электрода и щелочного аккумулятора за счет более эффективного распределения электролита во всем объеме активной массы электрода.The use of silver powder with the indicated parameters in the active mass of the positive electrode allows to increase the discharge-charge and cyclic characteristics of the electrode and alkaline battery due to more efficient distribution of the electrolyte in the entire volume of the active mass of the electrode.

Что касается щелочного серебряно-цинкового аккумулятора, то он содержит корпус и размещенные в нем положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором и пропитанные электролитом. При этом согласно изобретению положительный электрод выполнен так, как описано выше.As for the alkaline silver-zinc battery, it contains a housing and the positive and negative electrodes placed in it, separated by a separator and impregnated with an electrolyte. Moreover, according to the invention, the positive electrode is made as described above.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии 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 it meets the criterion of "novelty."

Для проверки заявленного изобретения критерию «изобретательский уровень» проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».To verify the claimed invention, the criterion of "inventive step" conducted an additional search for known technical solutions in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the features of the claimed technical solution. It is established that the claimed technical solution does not follow explicitly from the prior art. Therefore, the claimed invention meets the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется фотографиями структуры серебряного порошка и примером практической реализации.The invention is illustrated by photographs of the structure of silver powder and an example of practical implementation.

На фиг.1 представлена структура частиц серебряного порошка: а -общий вид частиц, излом частиц порошка, их внутреннее строение - б, в. Увеличение: а - 100; б - 1500; в - 3000.Figure 1 shows the structure of the particles of silver powder: a is the general view of the particles, the fracture of the powder particles, their internal structure - b, c. Increase: a - 100; b - 1500; in - 3000.

На фиг.2 представлено строение частиц серебряного порошка на структурном уровне - кристаллов - а, б. Увеличение: а - 6000; б - 10000.Figure 2 presents the structure of particles of silver powder at the structural level of crystals - a, b. Increase: a - 6000; b - 10000.

На фиг.2в представлено внутреннее строение частицы порошка с включениями частиц серебряного порошка правильной геометрической формы, полученных электролитическим методом. Увеличение: 6000.Figure 2c shows the internal structure of a powder particle with inclusions of silver powder particles of regular geometric shape obtained by the electrolytic method. Magnification: 6000.

На представленных чертежах хорошо видно, что порошок состоит из пористых частиц - 1 (фиг.1a) преимущественно округлой формы. Внутренняя структура частиц имеет разветвленное дендритообразное строение и ветви дендритов - 2 (фиг.1б, в), срастаясь формируют пространственный каркас частицы. Внутричастичные поры - 3 (фиг.1б, в) имеют величину 3-8 мкм, преимущественно, и при этом величина межкристаллитных пор - 4 (фиг.2а, б) составляет 0,5-3 мкм. Кристаллы серебра - 5 (фиг.2а, б) имеют неправильную форму и срастаются в дендритообразные фрагменты величиной до 10-15 мкм.In the drawings, it is clearly seen that the powder consists of porous particles - 1 (figa) predominantly rounded. The internal structure of the particles has a branched dendritic structure and branches of dendrites - 2 (fig.1b, c), fused together form a spatial framework of the particle. Intra-particle pores - 3 (Fig. 1b, c) have a value of 3-8 microns, mainly, and the size of intergranular pores - 4 (Fig. 2a, b) is 0.5-3 microns. Silver crystals - 5 (figa, b) have an irregular shape and grow together into dendritic fragments up to 10-15 microns in size.

Пример практической реализации.An example of practical implementation.

Для изготовления электрода использовали серебряный порошок со следующими характеристиками: размер частиц - менее 450 мкм; величина кристаллов серебра - 1-5 мкм; величина пор в частицах - 0,5-5,0 мкм; величина удельной поверхности - 0,22 м²/г; величина насыпной плотности -1,2 г/см³; содержание в серебряном порошке хлорида серебра - 0,7% мас.; содержание в порошке смеси гидроксида калия и карбоната калия - 1,0% мас.; содержание в порошке металлических частиц серебра размером менее 56 мкм, полученных электролитическим методом - 0,9% мас. Навеску порошка загружают в пресс-форму с размерами рабочей части 154×40 мм, разравнивают навеску в пресс-форме, на поверхности порошка в пресс-форме размещают просечную серебряную сетку толщиной 0,2 мм, служащую коллектором. Производят прессование электрода при давлении 400-800 кгс/см² таким образом, чтобы пористость электрода составила 50-55%. Выпрессовывают электрод толщиной 0,8 мм, размещают его на поддон, выполненный из нержавеющей стали, и загружают в проходную туннельную печь с тремя температурными зонами. Термообработку электродов производят по следующему температурному режиму: температура 150-200°С - выдержка 20 минут, температура 400-450°С - выдержка 20 минут и температура 150-200°С - выдержка 20 минут. К полученному указанным образом электроду с помощью контактной сварки приваривают токоотвод из серебряной полосы, после чего электрод поступает на сборку аккумулятора. Изготовленный электрод в составе аккумулятора имел следующие характеристики: электрическая емкость при заряде - 76%; электрическая емкость при разряде током 0,2 А/см² - 74%; ресурс при разряде током 0,2 А/см² - 10 циклов. Таким образом, заявленное изобретение позволяет получить положительный электрод и аккумулятор на его основе с повышенными характеристиками.For the manufacture of the electrode used a silver powder with the following characteristics: particle size - less than 450 microns; the value of silver crystals is 1-5 microns; the size of the pores in the particles is 0.5-5.0 microns; the specific surface area is 0.22 m ² / g; the bulk density of -1.2 g / cm ³ ; the content in the silver powder of silver chloride is 0.7% wt .; the powder content of the mixture of potassium hydroxide and potassium carbonate is 1.0% wt .; the content in the powder of metallic silver particles less than 56 microns in size obtained by the electrolytic method is 0.9% wt. A portion of the powder is loaded into the mold with the dimensions of the working part 154 × 40 mm, the weighed portion in the mold is leveled, a perforated silver mesh 0.2 mm thick, serving as a collector, is placed on the surface of the powder in the mold. The electrode is pressed at a pressure of 400-800 kgf / cm ² so that the porosity of the electrode is 50-55%. Extrude an electrode with a thickness of 0.8 mm, place it on a tray made of stainless steel, and load it into a tunnel tunnel furnace with three temperature zones. The heat treatment of the electrodes is carried out according to the following temperature conditions: temperature 150-200 ° C - holding 20 minutes, temperature 400-450 ° C - holding 20 minutes and temperature 150-200 ° C - holding 20 minutes. A current collector from a silver strip is welded to the electrode obtained in the indicated manner by contact welding, after which the electrode enters the battery assembly. The manufactured electrode as a part of the battery had the following characteristics: electric capacity at charge - 76%; electrical capacitance during a discharge with a current of 0.2 A / cm ² - 74%; a resource during a discharge with a current of 0.2 A / cm ² - 10 cycles. Thus, the claimed invention allows to obtain a positive electrode and a battery based on it with improved characteristics.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что заявленные положительный электрод для щелочного аккумулятора и аккумулятор на его основе могут быть реализованы на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. они соответствуют критерию «промышленная применимость».Based on the foregoing, we can conclude that the claimed positive electrode for an alkaline battery and a battery based on it can be implemented in practice with the achievement of the claimed technical result, i.e. they meet the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. A positive silver electrode for an alkaline battery containing a current collector and an active mass based on a porous silver powder, characterized in that the powder consists of dispersed porous particles with a dendritic structure of 400-500 microns in size, pore size in particles of 0.5-8, 0 μm, has a specific surface area of 0.1-0.3 m ² / g and a bulk density of 1.0-1.8 g / cm ³ .

2. The positive silver electrode according to claim 1, characterized in that the porous particles of the powder are formed from non-porous crystals of irregular shape ranging in size from 1.0 to 5.0 microns.

3. The positive silver electrode according to claim 1, characterized in that the silver powder contains 0.5-0.8 wt.% Silver chloride.

4. The positive silver electrode according to claim 1, characterized in that the silver powder contains 0.8-1.2 wt.% Potassium hydroxide.

5. The positive silver electrode according to claim 1, characterized in that the silver powder contains silver metal powder with a particle size of less than 56 microns in an amount of 1.0-1.2 wt.%.

6. The positive silver electrode according to claim 5, characterized in that the silver powder contains silver metal powder with a particle size of less than 40 microns.

7. The positive silver electrode according to claim 5, characterized in that the silver powder contains a metallic silver powder obtained by an electrolytic method.

8. The positive silver electrode according to claim 5, characterized in that the silver powder contains a metallic silver powder obtained by a subtractive method.

9. An alkaline silver-zinc battery containing a housing and positive and negative electrodes placed therein, separated by a separator and impregnated with an electrolyte, characterized in that the positive electrode is made according to any one of claims 1 to 8.