Электрохимическое устройство

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям суперконденсаторов. Электрохимическое устройство содержит корпусные элементы, катодный токосъемный вывод, анодный токосъемный вывод и сборный пакет. Сборный пакет включает единичные электрохимические элементы. Единичные электрохимические элементы содержат ламинирующий корпус со сквозными окнами, катодный и анодный концевые токоотводы и электродную сборку. Электродная сборка каждого единичного электрохимического элемента состоит из заключенных между концевыми токоотводами и свернутых в плоский рулон двух электродов разной полярности и двух сепараторов между ними. Электроды закреплены на токоотводящих подложках. Токоотводящая подложка электрода одной полярности электрически соединена по одному торцу рулона с одним концевым токоотводом, а токоотводящая подложка электрода другой полярности электрически соединена на противоположной стороне электродного рулона с другим концевым токоотводом. Длина и ширина концевых токоотводов соответствует длине и ширине электродного рулона, а толщина не менее суммарной толщины соединяемых с ними слоев электродных подложек. Полезная модель позволяет упростить конструкцию электрохимического устройства при сохранении его эффективности. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям суперконденсаторов.

Из уровня техники известно электрохимическое устройство, содержащее корпусные элементы, катодный токосъемный вывод, анодный токосъемный вывод и сборный пакет, включающий единичные электрохимические элементы, содержащие ламинирующий корпус со сквозными окнами, катодный и анодный концевые токосъемные выводы и электродную сборку (см. патент RU 133976, кл. H01M 10/00, опубл. 27.10.2013). Недостатками известного устройства являются необходимость содержания достаточно сложного и дорогостоящего сборочного оборудования, требующегося для последовательной сборки большого числа электродов и сепараторов, а также недостаточная надежность работы, обусловленная высокой вероятностью короткого замыкания из-за большого количества кромок.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении конструкции электрохимического устройства при сохранении его эффективности. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электрохимическом устройстве, содержащем корпусные элементы, катодный токосъемный вывод, анодный токосъемный вывод и сборный пакет, включающий единичные электрохимические элементы, содержащие ламинирующий корпус со сквозными окнами, катодный и анодный концевые токоотводы и электродную сборку, электродная сборка каждого единичного электрохимического элемента состоит из заключенных между концевыми токоотводами и свернутых в плоский рулон двух электродов разной полярности, закрепленных на токоотводящих подложках, и двух сепараторов между ними, причем токоотводящая подложка электрода одной полярности электрически соединена по одному торцу рулона с одним концевым токоотводом, а токоотводящая подложка электрода другой полярности электрически соединена на противоположной стороне электродного рулона с другим концевым токоотводом, длина и ширина концевых токоотводов соответствует длине и ширине электродного рулона, а толщина не менее суммарной толщины соединяемых с ними слоев электродных подложек. В концевых токоотводах единичных электрохимических элементов в местах соединения с электродными подложками предпочтительно выполнены пазы «П» или «Л» образной формы, в которые входят предварительно сформированные электродные подложки, а сами электродные подложки имеют просечки шириной 1÷10 мм и глубиной, от кромок подложек до кромок сепараторов. Концевые токоотводы единичного электрохимического элемента предпочтительно имеют выштамповку, по высоте равную или большую, чем толщина ламинирующего корпуса, входящую в сквозное окно ламинирующего корпуса, а внутренняя сторона выштамповки заполнена балластным материалом заподлицо с внутренней поверхностью концевого токоотвода. В боковых стенках ламинирующего корпуса может быть выполнено несколько отверстий квадратной, прямоугольной, шестиугольной, треугольной или круглой формы, общая площадь которых составляет 0.01÷0,99 площади электродного рулона.

На фиг. 1 представлены базовые компоненты предлагаемого электрохимического устройства;

на фиг. 2 - компоненты единичного элемента электродной сборки;

на фиг. 3 - соединение слоев электродных подложек с токоотводами;

на фиг. 4 - общий вид торца электродного рулона с просечками и срезом;

на фиг. 5 - то же, что на фиг. 4, вид сбоку;

на фиг. 6 - конструкция концевого токоотвода.

Предлагаемое электрохимическое устройство (фиг. 1) состоит из корпусных элементов: фланцев 1 и стяжных элементов 2, служащих для фиксации сжатых электрохимических элементов, катодного и анодного токосъемных выводов 3, и сборного пакета, состоящего из единичных электрохимических элементов 4 и токопроводящих теплоотводящих пластин 5. Единичные электрохимические элементы 4 посредством стяжных элементов 2 сжаты между фланцами 1 удельным давлением от 0.05 до 2.0 МПа.

Каждый единичный электрохимический элемент 4 заключен в ламинирующий корпус 6 со сквозными окнами и содержит катодный 7 и анодный 8 концевые токоотводы и электродную сборку. Электродная сборка состоит из заключенных между токоотводами 7-8 и свернутых в плоский рулон двух электродов 9 и 9 разной полярности, представляющих собой электродный материал 10 (10) с активным веществом, закрепленный на гибкой токоотводящей подложке 11 (11).

Токопроводящая подложка 11 (11) каждого электрода имеет на всю длину свободную от электродного материала закраину, необходимую для коммутации подложки с токоотводами 7-8. Закраина токопроводящей подложки 11 электрода одной полярности выступает над торцом рулона с одной стороны и электрически соединена с концевым токоотводом 7 той же полярности. Закраина токопроводящей подложки 11 электрода другой полярности выступает над торцом рулона с противоположной стороны и электрически соединена с концевым токоотводом 8 другой полярности.

Электроды 9 и 9' разделены сепараторами 12 и 12' и совместно с концевыми токоотводами 7-8 упакованы в герметичный ламинирующий корпус 6 с электролитом. В боковых стенках корпуса 6 выполнены сквозные окна 13, через которые происходит межэлементная коммутация устройства. Сквозные окна 13 по периметру с помощью герметизирующих прокладок 14 соединены с соответствующими концевыми токоотводами 7-8 на ширине, равной 3-40 толщин токоотводов 7-8.

Длина и ширина концевых токоотводов 7-8 соответствует длине и ширине электродного рулона, а толщина не менее суммарной толщины соединяемых с ними слоев электродных подложек 11-11.

Для упрощения и ускорения заправки, а также для улучшения пропитки электродного рулона электролитом, в закраинах электродных подложек 11-11 выполнены просечки 15 шириной 1÷10 мм и глубиной от кромок подложек 11-11 до кромок сепараторов 12-12. Концевые токоотводы 7-8 в местах соединения с электродными подложками 11-11 имеют пазы 16 «П» или «Л» образной формы, в которые входят предварительно сформированные закраины электродных подложек 11-11 с просечками 15. Пазы 16 с заправленными в них закраинами электродных подложек 11-11 обжимаются и провариваются. На углах делаются срезы (см. фиг. 4-5) для предохранения ламинирующего корпуса 6 от внутренних повреждений.

На концевых токоотводах 7-8 выполнена выштамповка 17 по высоте равная или большая, чем толщина ламинирующего корпуса 6 и входящая в сквозное окно 13. Выштамповка 17 предназначена для компенсации толщины ламирирующего корпуса 6 и обеспечения равномерного по площади электрического контакта при сборке единичных электрохимических элементов в устройство. Для обеспечения равномерности передачи сжимающего усилия от концевых токоотводов 7-8 на электродный рулон внутренняя сторона выштамповки 17 по всей поверхности заполнена балластным материалом 18 заподлицо с внутренней поверхностью концевых токоотводов 7-8.

Между единичными электрохимическими элементами 4 установлены токо- и теплоотводящие пластины 5, снабженные ребрами, используемые для телоотвода (в случае необходимости), а также для подключения схем балансировки единичных электрохимических элементов 4 по электрических параметрам (в случае ее наличия).

В боковых стенках ламинирующего корпуса 6 может быть дополнительно выполнено несколько отверстий квадратной, прямоугольной, шестиугольной, треугольной, круглой или другой формы, общая площадь которых составляет от 0.01 до 0.99 площади электродов.

Полезная модель позволяет повысить технологичность конструкции, снизить стоимость, а также повысить эффективность и надежность работы электрохимического устройства.

1. Электрохимическое устройство, содержащее корпусные элементы, катодный токосъёмный вывод, анодный токосъёмный вывод и сборный пакет, включающий единичные электрохимические элементы, содержащие ламинирующий корпус со сквозными окнами, катодный и анодный концевые токоотводы и электродную сборку, отличающийся тем, что электродная сборка каждого единичного электрохимического элемента состоит из заключенных между концевыми токоотводами и свёрнутых в плоский рулон двух электродов разной полярности, закреплённых на токоотводящих подложках, и двух сепараторов между ними, причём токоотводящая подложка электрода одной полярности электрически соединена по одному торцу рулона с одним концевым токоотводом, а токоотводящая подложка электрода другой полярности электрически соединена на противоположной стороне электродного рулона с другим концевым токоотводом, длина и ширина концевых токоотводов соответствует длине и ширине электродного рулона, а толщина не менее суммарной толщины соединяемых с ними слоев электродных подложек.

2. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что в концевых токоотводах единичных электрохимических элементов в местах соединения с электродными подложками выполнены пазы П- или Л- образной формы, в которые входят предварительно сформированные электродные подложки, а сами электродные подложки имеют просечки шириной 1÷10 мм и глубиной от кромок подложек до кромок сепараторов.

3. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что концевые токоотводы единичного электрохимического элемента имеют выштамповку, по высоте равную или большую, чем толщина ламинирующего корпуса, входящую в сквозное окно ламинирующего

корпуса, а внутренняя сторона выштамповки заполнена балластным материалом заподлицо с внутренней поверхностью концевого токоотвода.

4. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что в боковых стенках ламинирующего корпуса выполнено несколько отверстий квадратной, прямоугольной, шестиугольной, треугольной или круглой формы, общая площадь которых составляет 0.01÷0.99 площади электродного рулона.