Катод для литиевого химического источника тока

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к катодам для литиевых химических источников тока (ЛХИТ). Техническим результатом заявленной полезной модели является создание катода ЛХИТ, обладающего простотой конструкции и технологии изготовления, высокими стабильными во времени характеристиками и обеспечивающего защиту ЛХИТ от перегрева из-за внутреннего или внешнего КЗ. Согласно полезной модели указанный результат достигается тем, что катод ЛХИТ содержит металлический токоотвод, два электрода с активной массой на основе фторуглерода, нанесенные на противоположные стороны токоотвода, и пористую полиолефиновую пленку. Металлический токоотвод может быть выполнен из перфорированной титановой фольга толщиной 0,03÷0,06 мм с общей площадью перфорации 0,4÷0,6 от площади электрода. Пористая полиолефиновая пленка может быть нанесена на поверхность токоотвода методом окунания токоотвода в раствор полиолефина в предельных углеводорода, толщина пленки полиолефина может составлять 1÷8 мкм.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к катодам для литиевых химических источников тока (ЛХИТ).

Известен катод для ЛХИТ, содержащий токоотвод и напрессованный на него электрод с активной массой на основе фторуглерода (АС СССР 584369, кл. Н01М 4/60, 1977). Недостатком указанного известного катода является низкие электрические характеристики из-за высокого омического сопротивления и слабого сцепления активной массы электрода с токоотводом.

Известен катод, содержащий титановый токоотвод, два электрода с активной массой на основе фторуглерода, нанесенные на противоположные стороны токоотвода, и многослойный сепаратор, внутренний слой которого выполнен из нетканого полипропилена (патент РФ на полезную модель 33000 U1, кл. A61F 2/70, 10.10.2003). Недостатками данного катода являются сложность конструкции и технологии изготовления, а также малая емкость, низкие разрядные характеристики и недостаточное сцепление активной массы электродов с токоотводом, что снижает стабильность характеристик.

Из известных катодов наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является катод, содержащий титановый токоотвод, два электрода с активной массой на основе фторуглерода, нанесенные на противоположные стороны токоотвода и многослойный сепаратор. Сепаратор дополнительно содержит пористую полипропиленовую пленку, покрытую с обеих сторон пористой полиэтиленовой пленкой, и слой стеклоткани, примыкающий к внутреннему слою сепаратора из нетканого полипропилена (Патент РФ 2339123 С1, 2008)

Недостатком указанного катода являются сложность конструкции и технологии изготовления, из-за наличия многослойного сепаратора, и более высокая инерционность срабатывания при возникновении КЗ.

Техническим результатом заявленной полезной модели является создание катода ЛХИТ, обладающего простотой конструкции и технологии изготовления, высокими стабильными во времени характеристиками и обеспечивающего защиту ЛХИТ от перегрева из-за внутреннего или внешнего КЗ.

Указанный технический результат достигается тем, что катод ЛХИТ содержит металлический токоотвод, два электрода с активной массой на основе фторуглерода, нанесенные на противоположные стороны токоотвода, и пористую полиолефиновую пленку, расположенную между токоотводом и электродами с активной массой и нанесенную на поверхность токоотвода методом окунания токоотвода в раствор полиолефина в предельных углеводородах.

Указанный катод прост в изготовлении и обладает высокими стабильными электрическими характеристиками и исключает возможность перегрева ЛХИТ при КЗ за счет плавления полиолефиновой пленки при повышенной температуре и прерывания электрической цепи между токоотводом и электродами.

Целесообразно, чтобы металлический токоотвод был выполнен из перфорированной титановой фольга толщиной 0,03÷0,06 мм с общей площадью перфорации 0,4÷0,6 от площади электрода.

Использование перфорированного токоотвода позволяет повысить емкость на 10÷15%, за счет повышения сцепление активной массы электродов с токоотводом и увеличения объема активной массы.

Целесообразно, чтобы толщина пленки составляла 1÷8 мкм. Указанные значения толщины пленки определяются технологией нанесения пленки.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Сущность полезной модели поясняется чертежами, описанием конструкции и примером практической реализации катода.

На фиг.1 представлен разрез катода.

На фиг.2 представлена разрядная характеристика ЛХИТ при коротком замыкании выводов.

Катод (фиг.1) состоит из металлического, например перфорированного титанового токоотвода 1, на который с обеих сторон нанесена пористая пленка полиолефина 2, на которую напрессованы электроды 3. При разогреве элемента вследствие короткого замыкания пленка плавится, закрывая поры в слое 2, при этом при повышении температуры t наблюдается резкое падение тока I (фиг.2).

Пример практической реализации. Из титановой фольги 0,05 мм вырезали токоотвод размером 80×140 мм. Затем его подвергли перфорации на электроэрозионной установке. На поверхность токоотвода наносили пленку путем размещения в 3,5% в.ч. растворе полиэтилена низкой плотности высокого давления в н-октане нагретом до температуры (110÷115)°С на время не более 1 с. Затем токоотвод извлекают из раствора и дают стечь остаткам раствора над ванночкой. Вертикально фиксируют токоотвод с помощью прищепки для сушки при комнатной температуре в течение 20 минут, после чего производят конвективную сушку при комнатной температуре. Полученная толщина защитного пористого слоя составляет 2÷3 мкм. Температура плавления пленки при КЗ составляет (110÷120)°С. Приготовили активную массу состава: фторуглерод - 88%, суспензия фторопластовая в качестве связующего - 4% (по сухому остатку) и технический углерод и/или коллоидно-графитовый препарат в качестве электропроводной добавки - остальное. Массу напрессовывали на обе стороны токоотвода с пленкой при давлении 90,0 кг/см² в течение 25 с.

Электрохимические испытания катода в составе элемента фторуглерод-литий показали высокие стабильные разрядные характеристики. При плотности тока 1÷1,5 мА/см², напряжении элемента 2,5÷2,6 В, удельная емкость катодной массы составила 0,67 А·ч/г. Коэффициент использования по фтору - 90%.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный катод может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствуют критерию «промышленная применимость

1. Катод литиевого химического источника тока (ЛХИТ), содержащий металлический токоотвод, два электрода с активной массой на основе фторуглерода, нанесенные на противоположные стороны токоотвода, и пористую полиолефиновую пленку, отличающийся тем, что пористая полиолефиновая пленка расположена между токоотводом и электродами с активной массой и нанесена на поверхность токоотвода методом окунания токоотвода в раствор полиолефина в предельных углеводородах.

2. Катод по п.1, отличающийся тем, что металлический токоотвод выполнен из перфорированной титановой фольга толщиной 0,03÷0,06 мм с общей площадью перфорации 0,4÷0,6 от площади электрода.

3. Катод по п.1, отличающийся тем, что толщина пленки полиолефина составляет 1÷8 мкм.