RU2696479C1 - Method of making electrodes of a chemical current source - Google Patents
Method of making electrodes of a chemical current source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2696479C1 RU2696479C1 RU2018135271A RU2018135271A RU2696479C1 RU 2696479 C1 RU2696479 C1 RU 2696479C1 RU 2018135271 A RU2018135271 A RU 2018135271A RU 2018135271 A RU2018135271 A RU 2018135271A RU 2696479 C1 RU2696479 C1 RU 2696479C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- positive
- negative electrodes
- cathode
- electrode
- current source
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к созданию конструкции химического источника тока (ХИТ) с катодом, изготовленным по тонкопленочной технологии. Авторы решали задачу повышения мощности и пожаровзрывобезопасности снижая тепловыделение в ХИТ за счет уменьшения электрического сопротивления электродных материалов. Поставленная техническая задача решается за счет снижения электрического сопротивления контакта токосборник - химически активный слой и более чем на порядок снижения электрического сопротивления химически активного слоя за счет изготовления электродных материалов по тонкопленочной технологии. Увеличение мощности ХИТ обеспечивает конструкция электродных материалов, которая позволяет развивать рабочую поверхность электродов. В результате уменьшения внутреннего сопротивления ХИТ повышается его пожаробезопасность.The invention relates to the construction of a chemical current source (CIT) with a cathode made by thin-film technology. The authors solved the problem of increasing power and fire and explosion safety by reducing heat release in the HIT by reducing the electrical resistance of electrode materials. The stated technical problem is solved by reducing the electrical resistance of the contact of the collector - the chemically active layer and by more than an order of magnitude lowering the electrical resistance of the chemically active layer due to the manufacture of electrode materials using thin-film technology. An increase in the power of HIT is provided by the design of electrode materials, which allows one to develop the working surface of electrodes. As a result of a decrease in the internal resistance of HIT, its fire safety increases.
Известны конструкции рулонных литиевых источников тока, электрическое соединение электродных блоков которых с выводами ХИТ осуществляют токовыводы электродных пластин, выходящие из торцов рулона, токосборник, с которым соединяют токовыводы, и гермовывод, проходящий сквозь крышку источника тока. Токовыводы часто выполняют в виде узких металлических полосок, расположенных по концам пластин или по всей их длине через определенные интервалы (Пат. 6376121 (США), МПК7 H01M 6/10. Spirally wound lithium secondary cell having a plurality of current collector tabs and method of manufacture / Inomata Hideyki, Nakanishi Naoya, Nogami Mitsuzo, Yonezu Ikuo, Nishio Koji; Sanyo Electric Co., Ltd. - №09/485172; Заявл. 28.09.1998; Опубл. 23.04.2002; Приор. 30.09.1997, №9-266171 (Япония); НПК 429/94). В качестве токовыводов используют также и края ленточных пластин, выступающие по торцам рулонного блока (Пат. 4322484 (США), МКИ H01M 6/10, НКИ 429/94. Spiral wound electrochemical cell having high capacity / Sugalski Raymond K.; General Electric Co. - №187743; Заявл. 16.09.80; Опубл. 30.03.82). Токосборники располагают над рулонным блоком электродов под крышкой или под электродным блоком у дна корпуса ХИТ, или токосборником одного из электродов является внутренняя поверхность корпуса или крышки источника тока. Токосборники соединяют с выводами ХИТ, одним из которых может быть корпус или крышка источника тока, а другой гермовывод, проходящий сквозь крышку источника тока, электрически изолированный от нее.Known are the designs of rolled lithium current sources, the electrical connection of the electrode blocks of which with the terminals of the HIT carry out the current leads of the electrode plates coming out of the ends of the roll, the collector, to which the current leads are connected, and a pressure lead passing through the cover of the current source. Current leads are often made in the form of narrow metal strips located at the ends of the plates or along their entire length at certain intervals (Pat. 6376121 (USA), IPC 7 H01M 6/10. Spirally wound lithium secondary cell having a plurality of current collector tabs and method of manufacture / Inomata Hideyki, Nakanishi Naoya, Nogami Mitsuzo, Yonezu Ikuo, Nishio Koji; Sanyo Electric Co., Ltd. - No. 09/485172; Declared 09/28/1998; Published on 04/23/2002; Prior. September 30, 1997, No. 9-266171 (Japan); NPK 429/94). The edges of the strip plates protruding at the ends of the roll block are also used as current leads (Pat. 4322484 (USA), MKI H01M 6/10, NKI 429/94. Spiral wound electrochemical cell having high capacity / Sugalski Raymond K .; General Electric Co - No. 187743; Declared September 16, 1980; Published March 30, 82). The collectors are placed above the coil block of electrodes under the cover or under the electrode block at the bottom of the HIT housing, or the collector of one of the electrodes is the inner surface of the housing or cover of the current source. The collectors are connected to the HIT terminals, one of which may be a housing or a cover of a current source, and the other is a hermetic outlet passing through the cover of a current source, electrically isolated from it.
Наиболее близким по технической сути является патент №2335828 (Пат. 2335828 (Россия), МПК H01M 6/14, H01M 10/40. Литиевый химический источник тока с рулонной электродной сборкой. - Заявка №2007113240/09, заявл. 09.04.2007; Опубл. 10.10.2008, бюл. №28). Изобретение касается цилиндрических ХИТ, которые изготавливают свертыванием в рулон электродов противоположной полярности, содержащих по несколько ленточных электродных пластин, разделенных сепараторами. Однако такой способ формирования конструкция ХИТ, имеет определенные недостатки, ограничивающие мощность источников тока и способствующие возникновению внутренних возгораний.The closest in technical essence is patent No. 23355828 (Pat. 2335828 (Russia), IPC H01M 6/14, H01M 10/40. Lithium chemical current source with a coil electrode assembly. - Application No. 2007113240/09, filed April 9, 2007; Published on October 10, 2008, Bulletin No. 28). The invention relates to a cylindrical chit, which is made by rolling into a roll of electrodes of opposite polarity, containing several tape electrode plates separated by separators. However, this method of forming a CIT design has certain disadvantages that limit the power of current sources and contribute to the occurrence of internal fires.
В патентуемом способе изготовления тонкопленочного электрода ХИТ предложены решения, снижающие выделение тепла при работе и опасного нагрева при разряде и перезаряде в течении заданного времени и емкости.In a patented method for manufacturing a thin-film HIT electrode, solutions are proposed that reduce heat generation during operation and dangerous heating during discharge and overcharge for a given time and capacity.
Поставленная цель в способе изготовления электродов ХИТ достигается тем, что положительный и отрицательный электроды изготавливают в виде углеродной матрицы из рулонного материала, имеющего высокую пористость. Пористые матрицы положительного и отрицательный электродов заполняют химически активным материалом с толщиной слоя от 20 нм до 2 мкм, который равномерно распределяют по поверхности углеродной матрицы. Токосборник положительного и отрицательного электродов изготавливают в виде слоя металла толщиной от 2 до 10 мкм, который наносят по вакуумной тонкопленочной технологии на пористую углеродную матрицу. При этом используют планарный электрод с кольцевой зоной распыления. При напылении применяют магнетронный источник, представляющий собой токопроводящую пластину из любого проводящего материала, которая является катодом - мишенью, анод выполняют в виде полой металлической трубки с водяным охлаждением, положительный и отрицательный электроды подсоединяют к источнику постоянного тока высокого напряжения, в качестве рабочего материала для первичной металлизации используют титан (Ti), для финишной металлизации применяют нитрид титана (Ti), нанесение слоя активного материала выполняют методом намазывания жидкой пасты на металлизированный электродный материал, вакуумной пропиткой или с помощью вакуумного принтера. Токоотвод положительного и отрицательного электродов выполняют в виде ленточной титановой фольги, которую покрывают нитридом титана часть которой используют для герметичного вывода наружу корпуса ХИТ, а большую часть крепят к токосборнику с помощью ультразвуковой или точечной сварки.The goal in a method for manufacturing HIT electrodes is achieved by the fact that the positive and negative electrodes are made in the form of a carbon matrix from a roll material having high porosity. The porous matrixes of the positive and negative electrodes are filled with chemically active material with a layer thickness of 20 nm to 2 μm, which is evenly distributed over the surface of the carbon matrix. The collector of the positive and negative electrodes is made in the form of a metal layer with a thickness of 2 to 10 μm, which is deposited by a thin-film vacuum technology on a porous carbon matrix. In this case, a planar electrode with an annular spray zone is used. When sputtering, a magnetron source is used, which is a conductive plate of any conductive material, which is the target cathode, the anode is made in the form of a water-cooled hollow metal tube, the positive and negative electrodes are connected to a high voltage direct current source, as a working material for the primary metallization use titanium (Ti), for the finish metallization use titanium nitride (Ti), the deposition of a layer of active material is carried out by spreading Coy metallized paste on the electrode material, vacuum impregnation or by vacuum printer. The current collector of the positive and negative electrodes is in the form of a titanium tape foil, which is coated with titanium nitride, part of which is used to hermetically discharge the CIT outward, and most of it is attached to the collector by ultrasonic or spot welding.
В патентуемом способе в качестве пористой матрицы используют рулонный материал (фиг. 1), имеющий высокую пористость, например, ткань типа Бусофит, из которого выкраиваются заготовки электродов ХИТ (фиг. 2). Слой металла, который наносится на углеволокно типа Бусофит повышает электрическую проводимость электродного материала, что ведет также к снижению тепловыделения. На фигуре 3 показаны заготовка электрода до и после обработки металлом. На фиг. 4 показана структура материала заготовки до нанесения слоя металла, а на фиг. 5 - после напыления. Применение планарного электрода с кольцевой зоной распыления при нанесении пленки токосборника ионно-плазменным способом с помощью магнетронной распылительной системы обеспечивает равномерное нанесение покрытия на большие площади.In the patented method, a roll material (Fig. 1) having high porosity, for example, Busofit-type fabric, from which blanks of electrodes of HIT electrodes are cut out (Fig. 2), is used as a porous matrix. A metal layer that is applied to a Busofit type carbon fiber increases the electrical conductivity of the electrode material, which also leads to a decrease in heat generation. The figure 3 shows the workpiece of the electrode before and after metal treatment. In FIG. 4 shows the structure of the workpiece material before applying the metal layer, and FIG. 5 - after spraying. The use of a planar electrode with an annular spray zone when applying the current collector film by the ion-plasma method using a magnetron sputtering system ensures uniform coating over large areas.
Токоотвод положительного и отрицательного электродов выполняют в виде ленточной титановой фольги, покрытой нитридом титана, часть которой выходит наружу электрода, а большую часть крепят к токосборнику электрода с помощью ультразвуковой или точечной сварки (фиг. 6).The collector of the positive and negative electrodes is in the form of a titanium tape foil coated with titanium nitride, part of which extends to the outside of the electrode, and most of it is attached to the electrode collector using ultrasonic or spot welding (Fig. 6).
Результаты эксперимента по влиянию материала контактов на их электрическое сопротивление представлены в таблице 1.The results of the experiment on the influence of the material of the contacts on their electrical resistance are presented in table 1.
Из таблицы видно, что минимальное сопротивление имеют токосборные элементы на основе напыленного металла (напыленный Ti 2÷10 мкм. - 0,5÷1 Ом). Поэтому, для снижения внутреннего сопротивления электродного материала использовали технологию металлизации «Бусофита».The table shows that the current collector elements based on the sprayed metal (sprayed Ti 2 ÷ 10 μm. - 0.5 ÷ 1 Ohm) have the minimum resistance. Therefore, to reduce the internal resistance of the electrode material, Busofit metallization technology was used.
Приведенные иллюстративный пример изготовления электродов химических источников тока и проведенные исследования параметров полученных образцов в соответствии с признаками, изложенными в формуле изобретения, а также сравнительные испытания электродов в изготовленных источниках тока подтверждают возможность практической реализации заявленного изобретения с достижением указанного технического результата. На основании изложенного можно сделать заключение о соответствии заявляемого изобретения критерию - «промышленная применимость».The illustrative example of the manufacture of electrodes of chemical current sources and the study of the parameters of the obtained samples in accordance with the characteristics set forth in the claims, as well as comparative tests of the electrodes in the manufactured current sources confirm the possibility of practical implementation of the claimed invention with the achievement of the specified technical result. Based on the foregoing, we can conclude that the claimed invention meets the criterion of “industrial applicability”.
Таким образом, проведенный анализ уровня техники дает нам право утверждать, что заявленная нами совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, неизвестна, что отвечает критерию - «новизна».Thus, the analysis of the prior art gives us the right to assert that the claimed combination of essential features set forth in the claims is unknown, which meets the criterion of "novelty."
Изучение технических решений с целью выявления существенных признаков нашего изобретения, совпадающих с признаком прототипа, показало, что заявленное нами изобретение не следует явно для специалиста в данной области из известного уровня техники. Считаем, что предлагаемое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».The study of technical solutions in order to identify the essential features of our invention, coinciding with the sign of the prototype, showed that the claimed invention does not explicitly for a person skilled in the art from the prior art. We believe that the proposed solution meets the criterion of "inventive step".
На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемое нами техническое решение может быть признано изобретением и защищено патентом Российской Федерации.Based on the foregoing, we believe that our proposed technical solution can be recognized as an invention and protected by a patent of the Russian Federation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018135271A RU2696479C1 (en) | 2018-10-08 | 2018-10-08 | Method of making electrodes of a chemical current source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018135271A RU2696479C1 (en) | 2018-10-08 | 2018-10-08 | Method of making electrodes of a chemical current source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2696479C1 true RU2696479C1 (en) | 2019-08-02 |
Family
ID=67586542
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018135271A RU2696479C1 (en) | 2018-10-08 | 2018-10-08 | Method of making electrodes of a chemical current source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2696479C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2749904C1 (en) * | 2020-10-19 | 2021-06-18 | МСД Текнолоджис С.а.р.л. | Method for preparing anode paste for lithium-ion battery, anode paste, method for manufacture of anode (variants), anode (variants) and lithium-ion battery (variants) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2316801A (en) * | 1996-08-27 | 1998-03-04 | Univ New York State Res Found | Gas diffusion electrodes based on poly(vinylidene fluoride)carbon blends |
US6376121B1 (en) * | 1997-09-30 | 2002-04-23 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Spirally-wound lithium secondary cell having a plurality of current collector tabs and method of manufacture |
RU2335828C1 (en) * | 2007-04-09 | 2008-10-10 | Закрытое акционерное общество Инженерная фирма "Орион-ХИТ" | Lithium chemical current source with roll electrode packaging |
RU2352029C2 (en) * | 2004-07-27 | 2009-04-10 | Оксис Энерджи Лимитед | Electrode, method of manufacturing, accumulator including it |
-
2018
- 2018-10-08 RU RU2018135271A patent/RU2696479C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2316801A (en) * | 1996-08-27 | 1998-03-04 | Univ New York State Res Found | Gas diffusion electrodes based on poly(vinylidene fluoride)carbon blends |
US6376121B1 (en) * | 1997-09-30 | 2002-04-23 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Spirally-wound lithium secondary cell having a plurality of current collector tabs and method of manufacture |
RU2352029C2 (en) * | 2004-07-27 | 2009-04-10 | Оксис Энерджи Лимитед | Electrode, method of manufacturing, accumulator including it |
RU2335828C1 (en) * | 2007-04-09 | 2008-10-10 | Закрытое акционерное общество Инженерная фирма "Орион-ХИТ" | Lithium chemical current source with roll electrode packaging |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2749904C1 (en) * | 2020-10-19 | 2021-06-18 | МСД Текнолоджис С.а.р.л. | Method for preparing anode paste for lithium-ion battery, anode paste, method for manufacture of anode (variants), anode (variants) and lithium-ion battery (variants) |
WO2022086371A1 (en) * | 2020-10-19 | 2022-04-28 | МСД Текнолоджис С.а р.л. | Method for producing anode paste for a lithium-ion battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5434021A (en) | Secondary electrolytic cell and electrolytic process | |
RU2314599C2 (en) | Storage-battery carbon-coated plates | |
FR2982086B1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING MICRO-BATTERIES IN THIN LITHIUM ION LAYERS, AND MICRO-BATTERIES OBTAINED THEREBY | |
JPS6343310A (en) | Long life capacitor and manufacture of the same | |
US10693119B2 (en) | Accumulator and method for the manufacture thereof | |
TW446754B (en) | Process for providing a metal layer on the surface of a metal oxide substrate | |
RU2696479C1 (en) | Method of making electrodes of a chemical current source | |
KR20170082819A (en) | Secondary battery | |
EP0053163A1 (en) | Electrochemical cell. | |
US20160043358A1 (en) | Secondary battery | |
EP3644410A1 (en) | Electrode structure, method of manufacturing the same, secondary battery including the same | |
RU2583453C2 (en) | Primary chemical current source | |
KR20160028726A (en) | Secondary battery | |
RU191063U1 (en) | Chemical current source with thin-film collector | |
KR20000039287A (en) | Secondary lithium ion battery | |
MX2022007485A (en) | Aluminum anode current collectors for lithium ion batteries. | |
KR20150083633A (en) | Jelly-roll electrode assembly and lithium secondary battery including the same | |
RU2218634C2 (en) | Lithium cell | |
RU2335828C1 (en) | Lithium chemical current source with roll electrode packaging | |
JP6499043B2 (en) | Electrochemical devices | |
KR20150109509A (en) | Current collector substrate and battery cell having the same | |
RU138805U1 (en) | LITHIUM ION BATTERY | |
RU190309U1 (en) | SOURCE CURRENT SYSTEM MANGANES-LITHIUM DIOXIDE | |
KR20150083634A (en) | Jelly-roll electrode assembly and lithium secondary battery including the same | |
US20200321631A1 (en) | Activatable battery, electronic igniter, process for producing an activatable battery and method of using an unsupported film in a battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200911 |