Химический источник тока

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока (ХИТ) с высокой энергией, и может быть использована в различных областях народного хозяйства, например в кино-фото технике, бытовой аппаратуре и т.д.

Технической задачей является выравнивание разрядной характеристики аккумулятора при сохранении энергетических и эксплуатационных (циклирование) характеристик, а именно сглаживание скачков (флуктуаций) напряжения химического источника тока.

Химический источник тока рулонного типа содержит корпус, анод, электролит, сепаратор и твердый катод, который выполнен из электроактивного материала на основе литий-ванадиевых бронз, включающего смесь твердых растворов Li_xV₃O₈·Li _xV₂O₅ при следующем соотношении (масс.%):

Li_xV₂O₅ - от 10% до 50%

Li_xV₃O₈ - остальное.

Анод химического источника тока может быть выполнен из углеродного или композиционного материала или из металлического лития.

Кроме того, химический источник тока может содержать апротонный или полимерный электролит.

Техническим результатом, является выравнивание разрядного напряжения за счет выполнения катода из электроактивного материала на основе литий-ванадиевых бронз, состоящего из смеси твердых растворов состава Li_xV₃O₈·Li _хV₂O₅ в заявляемом соотношении компонентов состава.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока (ХИТ) с высокой энергией, и может быть использована в различных областях народного хозяйства, например в кино-фото технике, бытовой аппаратуре и т.д.

Известен цилиндрический литий-ионный аккумулятор рулонной конструкции, в котором в качестве катодного материала используется литированный марганцевый оксид (Li_xMn₂O₄). Толщина катодного материала на обеих сторонах токового коллектора, по крайней мере, 210 мкм, а количество активного материала 240 г/м2. Содержание литий-марганцевого оксида в электроде, по крайней мере, 80%. Толщина анодного материала на обеих сторонах токового коллектора 130 мкм. В качестве электропроводящего материала в анод вводятся углеродные волокна, осажденные из газовой фазы или проводящие керамические волокна с диаметром менее 5 мкм и длиной более 5 мкм. В катод в качестве электропроводящей добавки вводится аморфный углерод. (Патент США 6447946, МПК Н01М 10/36; Н01М 10/38; Н01М 10/40, опубл. 10.09.2002 г)

Недостатком известного технического решения является использование в качестве катодного материала указанного электроактивного материала, который наряду с хорошей разрядной характеристикой и низкой стоимостью активного материала обладает низкой удельной энергоемкостью (~135 мА·ч/г).

Известен литиевый аккумулятор с неводным электролитом, в котором в качестве активного материала положительного электрода используется смесь литий-марганцевого композитного оксида, имеющего шпинельную структуру с общей формулой Li_1+zMn _yO₂ (0z<0,2), и композитного оксида лития и переходного металла с общей формулой LiNi_1-x-yCo_xMn_y O₂ (0,5<х+у<1,0; 0,1<у<0,6). В качестве активного материала для отрицательного электрода используется графит, покрытый низкокристаллическим углеродом. (Патент США 7217475, МПК Н01М 10/40; Н01М 4/02; Н01М 4/48, опубл. 15.05.2007)

Недостатком известного технического решения является использование в качестве катодного материала указанного электроактивного материала, обладающего низкой удельной энергоемкостью (~140-200 мА·ч/г).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является химический источник тока рулонного, содержащий корпус, анод из щелочного металла лития, апротонный электролит, сепаратор и твердый катод в виде слоя карбида титана, нанесенный на металлическую сплошную коллекторную подложку плазменным методом. (Авторское свидетельство 1734528, МПК Н01М 4/66, опубл. 27.4.1996 г - прототип)

Недостатком известного аккумулятора является ступенчатый характер разрядной характеристики его имеет. Этот эффект обусловлен использованием в качестве подслоя на катодном токоотвод (коллекторе) карбида титана, нанесенного плазменным методом.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является выравнивание разрядной характеристики аккумулятора при сохранении энергетических и эксплуатационных (циклирование) характеристик, а именно сглаживание скачков (флуктуаций) напряжения химического источника тока. Наличие стабильной (выровненной) разрядной характеристики химического источника тока позволяет значительно расширить диапазон его потребления в электронных приборах с автономным энергопитанием (например, приборы пожарной и специальной сигнализации, высокочувствительные приборы ночного видения и ряд приборов системы ГЛОНАСС).

Поставленная техническая задача решается тем, что, в химическом источнике тока рулонного типа, содержащем корпус, анод, электролит, сепаратор и твердый катод, согласно заявляемой полезной модели, катод выполнен из электроактивного материала на основе литий-ванадиевых бронз, включающего смесь твердых растворов Li_xV₃ O₈·Li_xV₂O₅ при следующем соотношении (масс.%):

Li_x V₂O₅ - от 10% до 50%

Li _xV₃O₈ - остальное.

Анод химического источника тока может быть выполнен из углеродного или композиционного материала или из металлического лития.

Кроме того, химический источник тока может содержать апротонный или полимерный электролит.

Техническим результатом, достижение которого обеспечивается реализацией заявляемой совокупности существенных признаков, является выравнивание разрядного напряжения за счет выполнения катода из электроактивного материала на основе литий-ванадиевых бронз, состоящего из смеси твердых растворов состава Li_xV₃O₈·Li _xV₂O₅ в заявляемом соотношении компонентов состава.

Сущность полезной модели поясняется рисунком, где на фиг.1 представлена разрядная характеристика заявляемого химического источника тока.

Химический источник тока рулонного типа включает корпус, анод, электролит, катод. Анод химического источника тока может быть выполнен из углеродного или композиционного материала или металлического лития. Химический источник тока содержит апротонный или полимерный электролит.

Катод выполнен из электроактивного материала на основе литий-ванадиевых бронз, который состоит из смеси твердых растворов состава Li_хV_зО₈·Li _xV₂O₅, при этом в смеси Li_x V₂O₅ содержится от 10% до 50%, Li_х V₃О₈ - остальное.

В процессе работы химического источника тока:

xLi⁺ +Li_1+xV₃O₈·Li_x V₂O₅Li_1+xV₃O₈·Li _xV₂O₅

Выравнивание разрядного напряжения обусловлено тем, что фазовые переходы Li _1+xV₃O₈ и Li_xV₂ O₅ по времени разряда не совпадают и, таким образом, разрядная характеристика получается сглаженной. В процессе циклирования удельная емкость электрода до 50 маc.% Li_xV₂ O₅ остается постоянной с небольшой долью деградации, примерно 0,5-1. мА·ч/г за цикл.

Если содержание Li_хV₃О₅ в смеси будет меньше 10%, то эффект выравнивания разрядного напряжения не будет достигнут.

Если содержание раствора состава Li_хV ₂О₅ в смеси будет больше 50%, то удельные характеристики и циклируемость ХИТ (число циклов заряда-разряда) уменьшатся.

Авторами в ходе проведения экспериментальных работ были синтезированы катодные материалы различных составов и проведены их испытания на циклируемость (разряд-заряд) в составе литий-полимерного аккумулятора. Было проведено 300 циклов заряд-разряда. Результаты испытаний представлены в таблице 1

Таким образом, по результатам испытаний аккумуляторы с катодами изготовленные из материала состава: xLi⁺/Li_1+x V₃·O₈Li_xV₂O ₅ при заявленном соотношении (масс.%):Li_xV ₂O₅ - от 10% до 50%, Li_xV₃ O₈ - остальное не имеет видимых на разрядной характеристике фазовых переходов, что подтверждается представленной на фиг.1 разрядной характеристикой аккумулятора.

Предложенный химический источник тока может быть использован в различных областях народного хозяйства, в том числе в кино-фото технике, бытовой аппаратуре и т.п.

1. Химический источник тока рулонного типа, содержащий корпус, анод, электролит, сепаратор и твердый катод, отличающийся тем, что катод выполнен из электроактивного материала на основе литий-ванадиевых бронз, включающего смесь твердых растворов Li_xV ₃O₈·Li_xV₂O₅ при следующем соотношении, мас.%:

2. Химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что анод выполнен из углеродного материала.

3. Химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что анод выполнен из композиционного материала.

4. Химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что анод выполнен из металлического лития.

5. Химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что содержит апротонный электролит.

6. Химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что содержит полимерный электролит.