RU2339124C1

RU2339124C1 - Lithium chemical current source

Info

Publication number: RU2339124C1
Application number: RU2007128741/09A
Authority: RU
Inventors: Виталий Михайлович Алашкин (RU); Виталий Михайлович Алашкин; Юрий Александрович Батраков (RU); Юрий Александрович Батраков; Владимир Федорович Ромадин (RU); Владимир Федорович Ромадин; Борис Иванович Туманов (RU); Борис Иванович Туманов
Original assignee: Виталий Михайлович Алашкин; Юрий Александрович Батраков; Владимир Федорович Ромадин; Борис Иванович Туманов
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2008-11-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is attributed to the field of electric engineering, specifically to cathodes of lithium chemical current sources (LCCS). According to the invention LCCS contains sealed body, cover with sealed current taps and filler nozzle, electrode group consisting of anode and cathode plates and separators laid successively, electrolytic solution deposited in sealed body and filling the interelectrode space at that electrode group is placed into polypropylene isolator, cover is provided with recession where filler nozzle and sealed current taps are located. Sealed current taps have outer ring, central metal rod and glass isolator. Sealed current taps can have central metal rod and composite insulator made of fluoroplastic and rubber. To central rods of current taps bridges are welded, cathode bridge is made of titan, anode bridge is made of nickel at that cross-section of titan bridge is twice as large as nickel bridge cross-section.

EFFECT: increase of specific discharge and resource characteristics.

11 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к литиевым химическим источникам тока (ЛХИТ).The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to lithium chemical current sources (LHIT).

Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ЛХИТ, содержащий герметичный корпус, крышку с герметичными токовыводами и заливочным штуцером, блок электродов, состоящий из анодных, катодных пластин и сепараторов, уложенных поочередно, помещенный в герметичный корпус, и заполняющий межэлектродное пространство электролит (патент РФ № 1660546 С1, кл. Н01М 6/16, 1989).Of the known technical solutions, the closest in the set of essential features and the achieved technical result is LHIT, containing a sealed housing, a cover with sealed current leads and a filling fitting, an electrode block consisting of anode, cathode plates and separators, placed alternately, placed in a sealed case, and filling the interelectrode space with an electrolyte (RF patent No. 1660546 C1, class H01M 6/16, 1989).

Недостатком указанного ЛХИТ являются низкие удельные разрядные электрические и ресурсные характеристики.The disadvantage of this LHIT are low specific discharge electric and resource characteristics.

Техническим результатом изобретения является повышение удельных разрядных и ресурсных электрических характеристик.The technical result of the invention is to increase the specific discharge and resource electrical characteristics.

Указанный технический результат достигается тем, что ЛХИТ содержит герметичный корпус, крышку с герметичными токовыводами и заливочным штуцером, блок электродов, состоящий из анодных, катодных пластин и сепараторов, уложенных поочередно, помещенный в герметичный корпус и заполняющий межэлектродное пространство электролит, при этом блок электродов помещен в полипропиленовый изолятор, крышка выполнена с углублением, в котором расположены заливочный штуцер и герметичные токовыводы.The specified technical result is achieved by the fact that LHIT contains a sealed housing, a cover with sealed current leads and a filling fitting, an electrode block consisting of anode, cathode plates and separators, placed alternately, placed in an airtight housing and filling the interelectrode space with an electrolyte, while the electrode block is placed into the polypropylene insulator, the cover is made with a recess in which the filling fitting and sealed current leads are located.

Выполнение крышки с углублением позволяет разместить выводы и заливочный штуцер внутри углубления крышки, что предотвращает внешнее закорачивание токовыводов и уменьшает массогабаритные характеристики ЛХИТ и повышает удельные электрические характеристики.The implementation of the cover with a recess allows you to place the conclusions and the filling fitting inside the recess of the cover, which prevents external shorting of the current leads and reduces the overall dimensions of LHIT and increases the specific electrical characteristics.

Целесообразно, чтобы герметичные токовыводы имели центральный металлический стержень и изолятор, выполненный из стекла. Такое выполнение токовывода повышает его надежность и герметичность. Целесообразно, чтобы центральный стержень отрицательного токовывода был выполнен из сплава типа «Ковар», а положительного - из титана. Целесообразно, чтобы наружное кольцо токовывода было выполнено из сплава типа «Ковар» для достижения качественной сварки с крышкой ЛХИТ и хорошей адгезии со стеклом изолятора.It is advisable that the sealed current leads had a central metal rod and an insulator made of glass. This embodiment of the current lead increases its reliability and tightness. It is advisable that the central core of the negative current lead is made of an alloy of the type "Kovar", and the positive one is made of titanium. It is advisable that the outer ring of the current lead is made of an alloy of the Kovar type to achieve high-quality welding with a LHIT cover and good adhesion to the insulator glass.

Целесообразно, чтобы изолятор отрицательного герметичного токовывода был выполнен из боратного стекла состава (мас.%): ангидрид борный - 40÷50%, окись алюминия - 23÷26%, окись кальция - 19÷21%, оксид бария - 8÷13%, а изолятор положительного герметичного токовывода выполнен из электровакуумного стекла. Применение боратного стекла для отрицательного электровывода позволяет обеспечить химическую стойкость гермовывода при воздействии отрицательного потенциала анода. При этом достигается герметичность и высокое электрическое сопротивление при длительном сроке эксплуатации ХИТ.It is advisable that the insulator of the negative sealed current lead was made of borate glass of the composition (wt.%): Boric anhydride - 40 ÷ 50%, alumina - 23 ÷ 26%, calcium oxide - 19 ÷ 21%, barium oxide - 8 ÷ 13% , and the insulator of a positive sealed current lead is made of electrovacuum glass. The use of borate glass for negative electrical output ensures the chemical resistance of the pressure-sensitive seal when exposed to the negative potential of the anode. In this case, tightness and high electrical resistance are achieved with a long service life of HIT.

Целесообразно, чтобы герметичные токовыводы имели центральный металлический стержень и комбинированный изолятор, выполненный из фторопласта и резины. Выполнение изолятора комбинированным позволяет для некоторых вариантов ЛХИТ обеспечить дешевую и надежную герметизацию токовыводов.It is advisable that the sealed current leads had a central metal rod and a combined insulator made of fluoroplastic and rubber. The implementation of the insulator combined allows for some LHIT options to provide cheap and reliable sealing of current leads.

Целесообразно, чтобы анод был снабжен перфорированным лепестковым токовыводом из никелевой фольги наклепанным на литиевую пластину, при этом отверстия на никелевом лепестке расположены с шагом 0,8÷1,5 мм, имеют прямоугольную форму размером 1,1×0,4 мм и отбортованную часть высотой не менее 8 толщин лепестка. Такое выполнение лепестка токоотвода позволяет снизить массу элемента и затраты на токоотвод анода.It is advisable that the anode be equipped with a perforated petal current lead made of nickel foil riveted to a lithium plate, while the holes on the nickel petal are arranged in increments of 0.8 ÷ 1.5 mm, have a rectangular shape 1.1 × 0.4 mm in size and a flanged part a height of at least 8 thickness of the petal. This embodiment of the lug of the collector allows to reduce the mass of the element and the cost of the collector of the anode.

Целесообразно, чтобы катод содержал токоотвод из перфорированной титановой фольги и активную массу на основе фторуглерода. Использование перфорированного катодного токоотвода и активной массы на основе фторуглерода позволяет повысить удельные характеристики ЛХИТ.It is advisable that the cathode contains a down conductor of perforated titanium foil and an active mass based on fluorocarbon. The use of a perforated cathode collector and an active mass based on fluorocarbon can increase the specific characteristics of LHIT.

Целесообразно, чтобы токоотвод из титановой фольги имел толщину 0.03-0.15 мм с общей площадью перфораций не более 0.6 площади электрода. Такое выполнение токоотвода позволяет повысить емкость электрода на 10÷15%.It is advisable that the collector of titanium foil had a thickness of 0.03-0.15 mm with a total perforation area of not more than 0.6 of the electrode area. This embodiment of the collector can increase the electrode capacity by 10 ÷ 15%.

Целесообразно, чтобы к центральным стержням токовыводов были приварены мостики, катодный мостик выполнен из титана, анодный выполнен из никеля, при этом сечение титанового мостика в два раза превышает сечение никелевого мостика. Такое выполнение мостиков выравнивает их сопротивление.It is advisable that bridges are welded to the central terminals of the current leads, the cathode bridge is made of titanium, the anode bridge is made of nickel, and the cross section of the titanium bridge is twice the cross section of the nickel bridge. This implementation of the bridges aligns their resistance.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна». 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 технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».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." To verify the compliance of the claimed invention with 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 technical solution from the prototype. 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 описанием конструкции составляющих ЛХИТ.The invention is illustrated by a description of the design of the constituents of LHIT.

На фигуре 1 показан осевой разрез ЛХИТ.The figure 1 shows an axial section of LHIT.

На фигуре 2 показана крышка ЛХИТ.The figure 2 shows the cap LHIT.

На фигуре 3 показан анод с лепестком.Figure 3 shows the anode with a petal.

На фигуре 4 показан контактный лепесток анода.The figure 4 shows the contact lobe of the anode.

На фигуре 5 показан катод.Figure 5 shows the cathode.

ЛХИТ, фиг.1, состоит из блока электродов поз.2 в, помещенного в металлический корпус поз.1, герметизированный с помощью сварки с крышкой поз.8, в углублении которой расположены заливочный штуцер поз.9 и токовыводы поз.7.LHIT, Fig. 1, consists of a block of electrodes pos. 2 in, placed in a metal housing pos. 1, sealed by welding with a cap pos. 8, in the recess of which are a filler nozzle pos. 9 and current leads pos. 7.

Блок электродов собран из анодных поз.6 и катодных пластин поз.5, уложенных поочередно. Лепестки пластин приварены к мостикам 3. Весь пакет помещен в изолятор из полиэтилена низкого давления или полипропилена поз.4.The electrode block is assembled from anode pos. 6 and cathode plates pos. 5, stacked alternately. The petals of the plates are welded to the bridges 3. The entire package is placed in an insulator made of low-pressure polyethylene or polypropylene pos.4.

На крышке ЛХИТ 1, фиг.2, расположены положительный и отрицательный токовыводы 7. Каждый токовывод состоит из центрального стержня 10 и наружного кольца 11, разделенных стеклянным изолятором 12. Наружное кольцо изготовлено из сплава типа «Ковар» и предназначено для крепления в гнезде крышки с помощью сварки. К стержням привариваются мостики 3. Стержень положительного токовывода выполнен из титана, отрицательного из сплава типа «Ковар» для обеспечения совместимости и материалом мостиков 3. К мостикам привариваются лепестки токоотводов электродов, предварительно вставленные в скобы 13, 14. Сечение титанового (катодного) мостика в два раза превышает сечение никелевого (анодного) для выравнивания сопротивления мостиков. С наружной стороны центральные стержни имеют резьбовые отверстия, предназначенные для соединения шин при коммутации элементов в батарее. Предлагаемая конструкция токовыводов не содержит выступающих деталей уплотнения и поэтому обеспечивает максимальное использование внутреннего объема элемента. Форма крышки 8 с углублением выбрана с целью отдаления зоны сварки крышки и корпуса от блока электродов при сборке элемента. Дополнительно размещение токовыводов в углублении снижает вероятность случайного короткого замыкания элемента посторонним предметом. Расположение токовыводов по диагонали крышки исключает случайное соединение разноименных токовыводов соседних элементов при сборке батареи.On the cover LHIT 1, figure 2, there are positive and negative current leads 7. Each current lead consists of a central rod 10 and an outer ring 11 separated by a glass insulator 12. The outer ring is made of Kovar alloy and is designed to be mounted in the cover using welding. Bridges are welded to the rods 3. The rod of the positive current lead is made of titanium, the negative of the Kovar alloy to ensure compatibility with the material of the bridges 3. The petals of the current collectors of the electrodes previously inserted into the brackets 13, 14 are welded to the bridges. The section of the titanium (cathode) bridge in twice the cross-section of nickel (anode) to equalize the bridge resistance. On the outside, the central rods have threaded holes designed to connect the buses when switching elements in the battery. The proposed design of the current leads does not contain protruding parts of the seal and therefore ensures maximum use of the internal volume of the element. The shape of the lid 8 with a recess is selected in order to remove the welding zone of the lid and the housing from the electrode block during assembly of the element. Additionally, the placement of current leads in the recess reduces the likelihood of an accidental short circuit of an element with a foreign object. The location of the current leads diagonally on the cover eliminates the accidental connection of opposite terminals of the neighboring cells during battery assembly.

Анод, фиг.3, состоит из литиевой пластины 15 с приклепанным к ней лепестком 16. Надежность контакта лепестка с пластиной обеспечивается формой перфорационных отверстий, фиг.4.The anode, FIG. 3, consists of a lithium plate 15 with a petal riveted to it 16. Reliability of the contact of the petal with the plate is ensured by the shape of the perforations, FIG.

Отверстия, образующие перфорацию, расположены с шагом 0.8-1.5 мм, имеют прямоугольную форму размерами 1.1×0.4 мм и отбортованную часть высотой не менее 8 толщин лепестка. При напрессовывании лепестка литий проходит сквозь отверстие, отбортованная часть отверстия деформируется вместе с литием, образуя заклепку. Такое соединение обеспечивает контакт до практически полной выработки литиевого электрода.The holes forming the perforation are arranged with a pitch of 0.8-1.5 mm, have a rectangular shape with dimensions 1.1 × 0.4 mm and a flanged part with a height of at least 8 petal thicknesses. When pressing a petal, lithium passes through the hole, the flanged part of the hole is deformed along with lithium, forming a rivet. Such a connection provides contact until the lithium electrode is almost completely developed.

Катод, фиг.5, состоит из перфорированного титанового токоотвода 17, на который напрессована активная масса 18 помещенного в конверт из нескольких слоев сепарационного материала 19. Токоотвод из титановой фольги имеет толщину 0.03-0.15 мм с общей площадью перфораций не более 0.6 площади электрода. Такое выполнение токоотвода позволяет повысить емкость электрода на 10÷15%.The cathode, figure 5, consists of a perforated titanium collector 17, on which the active mass 18 is pressed into an envelope of several layers of separation material 19. The collector from titanium foil has a thickness of 0.03-0.15 mm with a total perforation area of not more than 0.6 of the electrode area. This embodiment of the collector can increase the electrode capacity by 10 ÷ 15%.

На основании изложенного можно сделать вывод, что заявленный ЛХИТ может быть реализован с достижением заявленного результата, т.е. соответствует критерию «промышленная применимость».Based on the foregoing, we can conclude that the declared LHIT can be implemented with the achievement of the stated result, i.e. meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. Lithium chemical current source (LHIT), comprising a sealed enclosure, a cover with sealed current leads and a filling fitting, an electrode block consisting of anode, cathode plates and separators, placed alternately, placed in a sealed enclosure and filling the interelectrode space with an electrolyte, characterized in that the block of electrodes is placed in a polypropylene insulator, the cover is made with a recess in which the filling fitting and sealed current leads are located.

2. Lithium HIT according to claim 1, characterized in that the sealed current leads have an outer ring, a central metal rod and an insulator made of glass.

3. Lithium HIT according to claim 2, characterized in that the insulator of the negative sealed current lead is made of borate glass composition, wt.%: Boric anhydride - 40-50%, aluminum oxide - 23-26%, calcium oxide - 19-21% , barium oxide - 8-13%, and the insulator of the positive sealed current lead is made of electrovacuum glass.

4. Lithium HIT according to claim 1, characterized in that the sealed current leads have a central metal rod and a combined insulator made of fluoroplastic and rubber.

5. The lithium HIT according to claim 1, characterized in that the anode is equipped with a perforated petal current lead of nickel foil riveted to a lithium plate.

6. The lithium HIT according to claim 5, characterized in that the holes on the nickel lobe are arranged in increments of 0.8-1.5 mm, have a rectangular shape of 1.1 × 0.4 mm in size and a flanged part with a height of at least 8 thicknesses of the lobe .

7. The lithium HIT according to claim 1, characterized in that the cathode contains a down conductor of perforated titanium foil and an active mass based on fluorocarbon.

8. The lithium HIT according to claim 1, characterized in that the collector of titanium foil has a thickness of 0.03-0.15 mm with a total perforation area of not more than 0.6 of the electrode area.

9. The lithium HIT according to claim 2, characterized in that bridges are welded to the central terminals of the current leads, the cathode bridge is made of titanium, the anode bridge is made of nickel, while the cross section of the titanium bridge is twice the cross section of the nickel bridge.

10. The lithium HIT according to claim 2, characterized in that the central terminal of the positive current lead is made of titanium, negative of nickel.

11. Lithium HIT according to claim 2, characterized in that the outer ring of the positive and negative current lead is made of an alloy of the type "Kovar".