RU2336605C1 - Method of producing nickel-cadmium accumulator - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in production of tight nickel-cadmium accumulators. The proposed method comprises assembling a stack of electrode plates with separating negative and positive electrodes by a separation material, fitting assembly into the accumulator casing, filling in the electrolyte and effecting the formation of charge-discharge cycles. Note that in every formation cycle, the charge is effected at the voltage varying from 1.56 V to 1.58 V while that of the discharge making to 1 V. note also that the accumulator formation is implemented by six charge-discharge cycles during which the electrolyte is topped up, its level and concentration being kept invariable.

EFFECT: shorter accumulator formation time, larger capacity and longer life.

3 cl, 2 tbl

Description

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов.The claimed invention relates to the electrical industry and can be used in the manufacture of sealed nickel-cadmium batteries.

Известен способ формирования герметичного щелочного аккумулятора (А.С. №1304685, Кл. Н01М 10/28, 1995 г.) путем проведения заряд-разрядных циклов в объеме электролита, равном 17-19 свободным объемам аккумулятора. В таком объеме электролита количество карбонатов остается в пределах нормы (до 10 г/л), что позволяет использовать его повторно.A known method of forming a sealed alkaline battery (AS No. 1304685, CL. H01M 10/28, 1995) by conducting charge-discharge cycles in an electrolyte volume equal to 17-19 free battery volumes. In such an electrolyte volume, the amount of carbonates remains within the normal range (up to 10 g / l), which makes it possible to reuse it.

Недостатком известного способа является длительность формировочного цикла (время заряда - 18 ч, время разряда - 9 ч). Кроме того, этот способ формирования не обеспечивает необходимую для длительного срока службы емкость аккумулятора.The disadvantage of this method is the duration of the forming cycle (charge time - 18 hours, discharge time - 9 hours). In addition, this formation method does not provide the battery capacity necessary for a long service life.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ изготовления герметичного никель-кадмиевого аккумулятора большой энергоемкости (патент RU №2128870, Кл. Н01М 10/34, Н01М 10/26, 1999 г.), включающий сборку пакета электродных пластин с разделением положительных и отрицательных электродов сепарационным материалом, осадку блока в аккумуляторный корпус, заливку аккумулятора электролитом и проведение формировочных зарядно-разрядных циклов. После установки просепарированного блока электродов в корпус его заливают водным раствором едкого лития с концентрацией 50-110 г/л, пропитывают в вакууме и заряжают, после чего сливают раствор едкого лития, заливают водным раствором едкого кали с концентрацией 300-350 г/л с добавкой едкого лития 15-35 г/л и проводят зарядно-разрядные циклы. Этот способ позволяет снизить потери емкости при герметизации.The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed is a method of manufacturing a sealed nickel-cadmium battery of high energy consumption (patent RU No. 2128870, Cl. Н01М 10/34, Н01М 10/26, 1999), including assembling a package of electrode plates with separation positive and negative electrodes with separation material, block sediment in the battery case, filling the battery with electrolyte and conducting forming charge-discharge cycles. After installing the separated electrode block in the casing, it is poured with an aqueous solution of caustic lithium with a concentration of 50-110 g / l, impregnated in a vacuum and charged, after which the solution of caustic lithium is drained, filled with an aqueous solution of caustic potassium with a concentration of 300-350 g / l with the addition of caustic lithium 15-35 g / l and conduct charge-discharge cycles. This method allows to reduce the loss of capacity during sealing.

Недостатком известного способа является длительный процесс формирования (более 60 часов). Также этот способ не обеспечивает необходимую емкость при больших сроках работы аккумулятора.The disadvantage of this method is the lengthy process of formation (more than 60 hours). Also, this method does not provide the necessary capacity for long battery life.

Целью изобретения является значительное сокращение времени формирования аккумулятора, а также повышение емкости аккумулятора и увеличение срока его службы.The aim of the invention is to significantly reduce the time of formation of the battery, as well as increasing the capacity of the battery and increase its service life.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе изготовления герметичного никель-кадмиевого аккумулятора включающем сборку пакета электродных пластин с разделением положительных и отрицательных электродов сепарационным материалом, осадку блока в аккумуляторный корпус, заливку аккумулятора электролитом, проведение формировочных зарядно-разрядных циклов, в каждом формировочном цикле заряд проводят до напряжения 1,56-1,58 В, а разряд до напряжения 1 В. Кроме того, формирование аккумулятора проводят шестью зарядно-разрядными циклами. Во время каждого формировочного цикла доливают электролит, поддерживая его постоянный уровень и концентрацию.The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of manufacturing a sealed nickel-cadmium battery comprising assembling a package of electrode plates with separation of positive and negative electrodes by a separation material, depositing a block into a battery case, filling the battery with electrolyte, conducting forming charge-discharge cycles, in each forming cycle the charge is carried out to a voltage of 1.56-1.58 V, and the discharge to a voltage of 1 V. In addition, the formation of the battery is carried out by six charge-discharge qi Lamy. During each forming cycle, the electrolyte is added, maintaining its constant level and concentration.

Заявленный способ изготовления герметичного никель-кадмиевого аккумулятора, обеспечивающий повышение емкости аккумулятора и увеличение срока службы, а также значительно сокращающий время формирования аккумулятора реализуется так, как описано в примере.The claimed method of manufacturing a sealed Nickel-cadmium battery, providing increased battery capacity and increased service life, as well as significantly reducing the battery formation time is implemented as described in the example.

Пример. Производят формирование аккумулятора типа НКГК-90СА. Никель-кадмиевый аккумулятор, состоящий из блоков оксидно-никелевых и оксидно-кадмиевых пластин, отделенных друг от друга сепараторами и помещенных в металлический корпус, заливают электролитом - водным раствором едкого кали с концентрацией 300 г/л с добавкой водного раствора едкого лития с концентрацией 30 г/л. Пропитку электродного блока производят под вакуумом, после чего аккумулятор формируют шестью зарядно-разрядными циклами с сообщением при заряде около 150% номинальной емкости. Сила тока заряда и разряда - 18 А. Процесс формирования ведется без пауз в одном электролите. В процессе проведения циклов производят измерение напряжения при заряде и разряде. Время завершения заряда определяется достижением значения напряжения 1,56 В, время завершения разряда определяется достижением значения напряжения 1 В. Продолжительность заряда и разряда в циклах представлена в таблице 1.Example. The formation of the battery type NKGK-90CA. A nickel-cadmium battery, consisting of blocks of oxide-nickel and oxide-cadmium plates, separated by separators and placed in a metal case, is poured with electrolyte - an aqueous solution of caustic potassium with a concentration of 300 g / l with the addition of an aqueous solution of caustic lithium with a concentration of 30 g / l The electrode block is impregnated under vacuum, after which the battery is formed by six charge-discharge cycles with a message when charging about 150% of the nominal capacity. The charge and discharge current strength is 18 A. The formation process is carried out without pauses in one electrolyte. During the cycles, voltage is measured during charge and discharge. The charge completion time is determined by reaching a voltage value of 1.56 V, the discharge completion time is determined by reaching a voltage value of 1 V. The duration of the charge and discharge in cycles is presented in table 1.

Таблица 1.Table 1. Способ формирования аккумулятора НКГК-90СА.The method of forming the battery NKGK-90CA. № циклаCycle number РежимMode ВремяTime Напряжение при окончании, А·чThe voltage at the end, And · h 1one зарядcharge 1 ч1 hour 1,561,56 разрядdischarge 20 мин20 minutes 1one 22 зарядcharge 2 ч2 h 1,561,56 разрядdischarge 50 мин50 min 1one 33 зарядcharge 4 ч4 h 1,561,56 разрядdischarge 2 ч2 h 1one 4four зарядcharge 5 ч5 h 1,561,56 разрядdischarge 3,5 ч3.5 h 1one 55 зарядcharge 6 ч6 h 1,561,56 разрядdischarge 5 ч5 h 1one 66 зарядcharge 7 ч7 h 1,561,56 разрядdischarge 6,5 ч6.5 h 1one

Доливку электролита в процессе формирования производят при переключении с заряда на разряд и обратно, поддерживая его уровень выше кромок сепаратора. После формирования в аккумулятор доливают калийно-литиевый электролит с доведением его количества до 0,45 мл на 1 см³ электродного блока (включая сепарационный материал), вводят угольный электрод, герметизируют аккумулятор и испытывают на отдачу емкости в герметичном виде.The electrolyte is added during the formation process when switching from charge to discharge and back, maintaining its level above the edges of the separator. After formation, a potassium lithium electrolyte is added to the battery to bring its amount to 0.45 ml per 1 cm ^{3 of the} electrode block (including separation material), a carbon electrode is introduced, the battery is sealed, and the container is tested in a sealed form.

Продолжительность процесса формирования аккумулятора, изготовленного заявленным способом, составляет 43 ч 10 мин, в то время как формирование такого же аккумулятора способом, изложенным в прототипе, занимает гораздо большее время (заряд-разрядные циклы длятся 60 ч без учета времени на смену электролита).The duration of the process of forming a battery manufactured by the claimed method is 43 hours 10 minutes, while the formation of the same battery by the method described in the prototype takes much longer (charge-discharge cycles last 60 hours without taking into account the time to change the electrolyte).

Для проведения испытаний было изготовлено по заявляемой технологии 4 аккумулятора НКГК-90СА. Наработка данных аккумуляторов составила 2 календарных года в режиме неглубокого цитирования, общее количество циклов - более 14000, остаточная контрольная емкость 63 А·ч. Характеристики аккумуляторов в процессе ресурсных испытаний приведены в таблице 2 для сравнения с характеристиками блока 800А, состоящего из 4 таких же никель-кадмиевых аккумуляторов, но выполненных по технологии, принятой за прототип.For testing, 4 NKGK-90SA batteries were manufactured according to the claimed technology. The operating time of these batteries was 2 calendar years in shallow citation mode, the total number of cycles was more than 14,000, and the residual control capacity was 63 Ah. The characteristics of the batteries during the life tests are shown in Table 2 for comparison with the characteristics of the 800A unit, consisting of 4 of the same nickel-cadmium batteries, but made according to the technology adopted for the prototype.

Таблица 2.Table 2. Сравнительные характеристики модуля 4НКГК-90СА и блока 800А.Comparative characteristics of the 4NKGK-90CA module and 800A unit. Время наработки (мес)Runtime (months) Количество цикловThe number of cycles Контрольная емкость (А·ч)Control capacity (Ah) модуль 4НКГК-90САmodule 4NKGK-90CA блок 800Аblock 800A модуль 4НКГК-90САmodule 4NKGK-90CA блок 800Аblock 800A 66 24002400 24002400 85,7585.75 8282 1212 84008400 48004800 75,4575.45 75,575,5 18eighteen 1060010600 72007200 74,274,2 64,564.5 22,522.5 1370013700 90009000 7373 6060 2424 1430014300 -- 6363 --

Как видно из приведенных в таблице 2 данных, проведенные испытания показали, что изготовление аккумулятора по заявляемому способу приводит к существенному улучшению емкостных характеристик и срока его службы. Так через 22,5 месяца наработки блок 800А перестает работать при остаточной емкости 60 А·ч, отработав всего 9000 циклов. В то же время модуль 4НКГК-90СА обладает емкостью 73 А·ч после проведения гораздо большего числа циклов, что позволило ему продолжить работу в течение 24 полных месяцев.As can be seen from the data in table 2, the tests showed that the manufacture of the battery according to the claimed method leads to a significant improvement in capacitive characteristics and its service life. So, after 22.5 months of operation, the 800A unit ceases to work with a residual capacity of 60 A · h, having worked out only 9000 cycles. At the same time, the 4NKGK-90CA module has a capacity of 73 Ah after a much larger number of cycles, which allowed him to continue working for 24 full months.

Таким образом, заявленная технология обеспечивает повышение емкости никель-кадмиевого герметичного аккумулятора и увеличение срока его службы, а также значительно сокращает время формирования аккумулятора.Thus, the claimed technology provides an increase in the capacity of a nickel-cadmium sealed battery and an increase in its service life, and also significantly reduces the time of formation of the battery.

Также следует отметить, что предлагаемый режим формирования легко автоматизировать с применением программного реле времени.It should also be noted that the proposed formation mode is easy to automate using a software time relay.

Claims (3)

1. Способ изготовления герметичного никель-кадмиевого аккумулятора, включающий сборку пакета электродных пластин с разделением положительных и отрицательных электродов сепарационным материалом, осадку блока в аккумуляторный корпус, заливку аккумулятора электролитом, проведение формировочных зарядно-разрядных циклов, отличающийся тем, что в каждом формировочном цикле заряд проводят до напряжения 1,56÷1,58 В, а разряд до напряжения 1 В.1. A method of manufacturing a sealed nickel-cadmium battery, comprising assembling a package of electrode plates with separation of positive and negative electrodes by a separation material, depositing a block into a battery case, filling the battery with electrolyte, conducting forming charge-discharge cycles, characterized in that the charge in each forming cycle spend up to a voltage of 1.56 ÷ 1.58 V, and the discharge to a voltage of 1 V. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование аккумулятора проводят шестью зарядно-разрядными циклами.2. The method according to claim 1, characterized in that the formation of the battery is carried out by six charge-discharge cycles. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время каждого формировочного цикла доливают электролит, поддерживая его постоянный уровень и концентрацию.3. The method according to claim 1, characterized in that during each forming cycle the electrolyte is added, maintaining its constant level and concentration.