RU2098894C1

RU2098894C1 - Porous substrate of electrode of alkali accumulator and method of manufacturing thereof

Info

Publication number: RU2098894C1
Application number: RU9595103861A
Authority: RU
Inventors: Л.К. Григорьева; А.П. Павлов; С.П. Чижик
Original assignee: Закрытое акционерное общество "АвтоУАЗ"
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 1997-12-10
Also published as: RU95103861A; WO1996030958A1

Abstract

FIELD: electrolytic processes. SUBSTANCE: nickel powder is rolled on rolls covered with mixture of active lubricant, e.g. oleic acid, and solvent, e. g. acetone. Manufactured carrier in the form of foil has thickness 20 to 75 mcm, porosity 30 to 60% and pore size from 0.1 to 10 mcm. Carrier exhibits sufficient mechanical strength and flexibility. EFFECT: simplified process. 4 cl

Description

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

Большинство применяемых электродов щелочных аккумуляторов, кроме ламельных, используют пористые токопроводящие основы, на которые наносится активная масса электрода [1] Технические характеристики основы (толщина, пористость, размеры пор и т.п.) во многом определяют электрические характеристики электродов, поскольку от характеристик основы зависит площадь активной поверхности, толщина и сопротивление электрода. Most of the used electrodes of alkaline batteries, in addition to lamella, use porous conductive substrates, on which the active mass of the electrode is applied [1] Technical characteristics of the substrate (thickness, porosity, pore size, etc.) largely determine the electrical characteristics of the electrodes, since the characteristics of the substrate depends on the active surface area, thickness and resistance of the electrode.

Известна пористая основа электрода никель-кадмиевого аккумулятора, выполненная из порошка карбонильного никеля, напрессованного на металлическую сетку [1]
Недостатком такой основы является ее большая толщина (1 2 мм), что снижает удельные характеристики электродов на такой основе.Known porous electrode base of a nickel-cadmium battery made of carbonyl nickel powder pressed onto a metal mesh [1]
The disadvantage of this base is its large thickness (1 2 mm), which reduces the specific characteristics of the electrodes on this basis.

Известен способ изготовления на металлическую сетку и последующее прессование никелевого порошка на металлическую сетку и последующее спекание в атмосфере водорода [1]
Недостатком вышеуказанного способа является сложность технологии и низкая производительность, что отрицательно влияет на стоимость производимой основы.A known method of manufacturing a metal mesh and subsequent pressing of Nickel powder on a metal mesh and subsequent sintering in a hydrogen atmosphere [1]
The disadvantage of the above method is the complexity of the technology and low productivity, which negatively affects the cost of the base.

Из известных основ электрода щелочного аккумулятора наиболее близкой по совокупности существенных признаков является основа, выполненная из порошка никеля узкой фракции методом прессования и последующего спекания [2]
Недостатком вышеуказанной основы является ее значительная толщина и малая гибкость, что ограничивает области ее применения.Of the known bases of an alkaline battery electrode, the closest set of essential features is a base made of narrow fraction nickel powder by pressing and sintering [2]
The disadvantage of the above framework is its significant thickness and low flexibility, which limits the scope of its application.

Из известных способов изготовления основ электрода наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ изготовления, при котором основу изготавливают путем прокатки металлического порошка в валках с применением активного смазочного вещества и последующего спекания в восстановительной атмосфере [3]
Однако этот способ не позволяет получить тонкую основу с заданной пористостью. При увеличении усилия поджатия валков для получения требуемой толщины (30 80 мкм) падает пористость пластины до 20 30%
Задачей изобретения является создание основы электрода, обладающей малой толщиной при заданной пористости, достаточной механической прочности и гибкостью, и способа ее изготовления.Of the known methods for manufacturing the fundamentals of the electrode, the closest in combination of essential features is a manufacturing method in which the base is made by rolling a metal powder in rolls using an active lubricant and subsequent sintering in a reducing atmosphere [3]
However, this method does not allow to obtain a thin base with a given porosity. With an increase in the preload force of the rolls to obtain the required thickness (30 80 μm), the porosity of the plate drops to 20 30%
The objective of the invention is to create the basis of the electrode having a small thickness for a given porosity, sufficient mechanical strength and flexibility, and a method for its manufacture.

Указанный технический результат достигается тем, что для известной основы электрода щелочного аккумулятора, выполненной из пористого металла, в качестве пористого металла взята пористая никелевая фольга толщиной 20 75 мкм, пористость 30 60% и размером пор 0,1 10 мкм. The specified technical result is achieved by the fact that for the known basis of the alkaline battery electrode made of porous metal, porous nickel foil 20 75 μm thick, porosity 30-60% and pore size 0.1 10 μm is taken as porous metal.

Что касается способа изготовления, то результат достигается тем, что в известном способе изготовления основы электрода щелочного аккумулятора, включающем прокатку никелевого порошка с применением активного смазочного вещества и последующее спекание в восстановительной атмосфере, в смазочное вещество вводят органический растворитель и перед прокаткой полученной смесью покрывают валки. В качестве активного смазочного вещества используют например олеиновую кислоту, и органического растворителя например ацетон. As for the manufacturing method, the result is achieved in that in the known method for manufacturing the base of an alkaline battery electrode, comprising rolling nickel powder using an active lubricant and subsequent sintering in a reducing atmosphere, an organic solvent is introduced into the lubricant and the rolls are coated before rolling the resulting mixture. As the active lubricant, for example, oleic acid is used, and an organic solvent is, for example, acetone.

Использование пористой никелевой фольги толщиной 20 75 мкм, пористостью 30 60% и размером пор 0,1 10 мкм в качестве пористого металла основы позволяет получить тонкие гибкие высокоактивные электроды с высокими удельными электрическими характеристиками. The use of porous nickel foil with a thickness of 20 to 75 μm, porosity of 30 to 60% and a pore size of 0.1 to 10 μm as a porous base metal allows to obtain thin flexible high-activity electrodes with high specific electrical characteristics.

Уменьшение толщины основы ниже 20 мкм нецелесообразно, поскольку она будет иметь недостаточную механическую прочность. Увеличение толщины основы более 75 мкм снижает удельные характеристики электродов, использующих эту основу. Reducing the thickness of the base below 20 μm is impractical because it will have insufficient mechanical strength. An increase in the thickness of the base of more than 75 μm reduces the specific characteristics of the electrodes using this base.

Значение пористости основы определяет активную поверхность электрода при ее активации. При пористости ниже 30% снижаются электрические характеристики электродов, при пористости выше 60% основа обладает малой механической прочностью. The value of the porosity of the base determines the active surface of the electrode when it is activated. At a porosity below 30%, the electrical characteristics of the electrodes decrease; at a porosity above 60%, the base has low mechanical strength.

Размер пор основы определяет количество вводимой активной массы и внутреннее сопротивление электрода. The pore size of the base determines the amount of active mass introduced and the internal resistance of the electrode.

При размере пор менее 0,1 мкм в них трудно ввести активное вещество и электрод будет иметь повышенную поляризацию из-за затруднения доступа электролита в тело электрода. When the pore size is less than 0.1 μm, it is difficult to introduce an active substance into them and the electrode will have an increased polarization due to the difficulty of access of the electrolyte to the electrode body.

При размере пор более 10 мкм основа имеет повышенное омическое сопротивление и пониженную механическую прочность. With a pore size of more than 10 μm, the base has an increased ohmic resistance and reduced mechanical strength.

Целесообразно в качестве активного смазочного вещества при прокатке основы электрода использовать олеиновую кислоту, а в качестве органического растворителя ацетон. It is advisable to use oleic acid as the active lubricant for rolling the base of the electrode, and acetone as the organic solvent.

Использование активного смазочного вещества при прокатке металлического порошка уменьшает величину коэффициента внешнего трения на контакте порошок-валок, угол захвата порошка и угол внутреннего трения между частицами порошка. Уменьшение коэффициента внешнего трения и угол захвата порошка позволяет уменьшить толщину прокатываемой ленты, а уменьшение угла внутреннего трения увеличивает плотность ленты и снижает пористость. Для увеличения пористости необходимо снижать усилие на обжимных валках, но при этом увеличивается толщина прокатываемой ленты. The use of an active lubricant during rolling of metal powder reduces the coefficient of external friction at the powder-roll contact, the angle of capture of the powder, and the angle of internal friction between the powder particles. Reducing the coefficient of external friction and the angle of capture of the powder allows to reduce the thickness of the rolled strip, and reducing the angle of internal friction increases the density of the tape and reduces porosity. To increase porosity, it is necessary to reduce the force on the crimping rolls, but the thickness of the rolled strip increases.

Введение в смазочное вещество растворителя позволяет сохранить малый угол захвата порошка, но при этом сохраняется достаточно большой угол внутреннего трения, что позволяет получить тонкую ленту при высокой пористости и прочности. The introduction of a solvent into the lubricant makes it possible to maintain a small angle of capture of the powder, but at the same time, a sufficiently large angle of internal friction is maintained, which makes it possible to obtain a thin tape with high porosity and strength.

Используя при прокатке порошка смеси активного смазочного вещества и растворителя, можно значительно снизить усилие на обжимные валки и сохранить высокую пористость порошка в прокатанной ленте. Using a mixture of an active lubricant and a solvent during powder rolling, it is possible to significantly reduce the force on the crimp rolls and maintain the high porosity of the powder in the rolled strip.

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

Для проверки соответствия заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного решения. To verify the conformity of the claimed invention to the criterion of "inventive step", an additional search for known solutions was carried out in order to identify features that match the distinctive features of the claimed solution from the prototype.

Установлено, что заявленное изобретение не следует для специалистов в данной области явным образом из известного уровня техники. It is established that the claimed invention does not follow for specialists in this field explicitly from the prior art.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the criterion of "inventive step".

Пример. Порошок карбонильного никеля марки ПНК-16, предварительно отожженный в вакууме (1 10 мм рт.ст.) в течение 3 часов при температуре 250^oC, подавался в прокатный стан ЮД 2200. Прокаткой были получены ленты размером 100х100 мм в сухих валках и в валках, смазанных смесью олеиновой кислоты и ацетона в соотношении 1:2. Прокатные ленты спекались в атмосфере водорода в проходной печи при температуре 600^oC.Example. PNK-16 brand carbonyl nickel powder, previously annealed in vacuum (1 10 mm Hg) for 3 hours at a temperature of 250 ^o C, was supplied to the UD 2200 rolling mill. Rolling yielded 100x100 mm ribbons in dry rolls and in rolls lubricated with a mixture of oleic acid and acetone in a ratio of 1: 2. Rolling strip sintered in a hydrogen atmosphere in a continuous furnace at a temperature of 600 ^o C.

В сухих валках лента толщиной 60 мкм имела пористость 24% при размере пор 0,9 мкм. In dry rolls, a 60 μm thick tape had a porosity of 24% with a pore size of 0.9 μm.

При прокатке в смазочных валках лента при толщине 40 мкм имела пористость 45% при размере пор ≈ 1,5 мкм. Изменяя дисперсность исходного никелевого порошка, можно варьировать пористость и размер пор основы. When rolling in lubricating rolls, the tape at a thickness of 40 μm had a porosity of 45% with a pore size of ≈ 1.5 μm. By changing the dispersion of the starting nickel powder, one can vary the porosity and pore size of the base.

Полученные данные подтверждают возможность практической реализации заявленного изобретения с достижением заявленного технического результата. The data obtained confirm the possibility of practical implementation of the claimed invention with the achievement of the claimed technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the criterion of "industrial applicability".

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки. Sources of information taken into account when preparing the application.

1. В.С.Багоцкий, А.М.Скундин, Химические источники тока, М. Энергоиздат, 1981, с. 197 198. 1. V. S. Bagotsky, A. M. Skundin, Chemical current sources, M. Energoizdat, 1981, p. 197 198.

2. Н.С.Лидоренко. Г.Ф.Мучник, Электрохимические генераторы, М, Энергоиздат, 1982, с. 89. 2. N.S. Lidorenko. G.F.Muchnik, Electrochemical Generators, M, Energoizdat, 1982, p. 89.

3. Г.А.Виноградов и др. Прокатка металлических порошков, М. Металлургия, 1969, с. 64. 3. G. A. Vinogradov and others. Rolling metal powders, M. Metallurgy, 1969, p. 64.

Claims

1. Основа электрода щелочного аккумулятора, выполненная из пористого никеля, отличающаяся тем, что пористый никель взят в виде фольги толщиной 25 - 75 мкм, пористостью 30 60% и размером пор 0,1 10,0 мкм. 1. The basis of the alkaline battery electrode made of porous nickel, characterized in that the porous nickel is taken in the form of a foil with a thickness of 25 - 75 μm, a porosity of 30 to 60% and a pore size of 0.1 to 10.0 μm.

2. Способ изготовления основы электрода щелочного аккумулятора, включающий прокатку никелевого порошка в валках с применением активного смазочного вещества и последующее спекание в восстановительной атмосфере, отличающийся тем, что в активное смазочное вещество вводят органический растворитель и полученной смесью покрывают валки перед прокаткой. 2. A method of manufacturing a base of an alkaline battery electrode, comprising rolling nickel powder in rolls using an active lubricant and subsequent sintering in a reducing atmosphere, characterized in that an organic solvent is introduced into the active lubricant and the rolls are coated with the resulting mixture before rolling.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве смазочного вещества используют олеиновую кислоту. 3. The method according to claim 2, characterized in that oleic acid is used as a lubricant.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве растворителя берут ацетон. 4. The method according to claim 2, characterized in that acetone is taken as a solvent.