Литий-ионный аккумулятор
Полезная модель относится к перезаряжаемым литиевым электрохимическим источникам тока литий-ионным аккумуляторам (ЛИА). Техническим результатом полезной модели является повышение удельных разрядных характеристик ЛИА. Согласно полезной модели ЛИА включает герметичный корпус с крышкой и размещенный в нем рулонный блок из положительных и отрицательных электродов, разделенных пористым сепаратором, пропитанным органическим электролитом, при этом, рулонный блок из предварительно плотно намотанных на оправку электродов после снятия его с оправки подпрессован в поперечном направлении до соотношения поперечных размеров большего к меньшему 1,4÷2,5, а на торцах блока нанесено покрытие из меди или алюминиево-цинкового сплава. Рулонный блок может содержать одну или более пар положительных и отрицательных электродов, разделенных пористым сепаратором, пропитанным органическим электролитом. Удельная емкость электродов в блоке составляет 1,1÷1,6 мАч/см 2. Положительные и/или отрицательные электроды могут быть снабжены полостями для хранения дополнительного запаса электролита. В активном слое положительного электрода могут содержаться частицы железа фосфата лития или другого пригодного компонента, а в активном слое отрицательного электрода - частицы нано титаната лития, или углерода, или кремния, или их смесь. Электроды могут быть снабжены подложками из меди или алюминия или из полимерной пленки с нанесенными на них слоями меди или алюминия.
Полезная модель относится к перезаряжаемым литиевым электрохимическим источникам тока литий-ионным аккумуляторам (ЛИА).
Из известных ЛИА наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ЛИА, включающий герметичный корпус с крышкой и размещенный в нем рулонный блок с положительным и отрицательным электродами, разделенные пористым сепаратором, пропитанным органическим электролитом (патент РФ 
2335828 C1, Кл. H01M 10/40, 2008).
Недостатком указанного ЛИА является низкие удельные разрядные характеристики, связанные с увеличенными габаритами и повышенным внутренним сопротивлением из-за недостаточного поджатия электродов к сепаратору.
Техническим результатом полезной модели является повышение удельных разрядных характеристик ЛИА.
Указанный технический результат достигается тем, что блок электродов, предварительно плотно намотанный на оправку подпрессован при удаленной оправке в поперечном направлении до соотношения поперечных размеров блока электродов большего к меньшему 1,4÷2,5, на торцах блока электродов нанесено токопроводящее покрытие из меди или алюминий цинкового сплава.
Подпрессовка блока электродов уменьшает его габаритные размеры, а также внутреннее сопротивление за счет более плотного контакта между электродами и сепаратором. Как показали эксперименты, указанный диапазон соотношения размеров является оптимальным. При соотношении размеров менее 1,4 поджатие электродов к сепаратору еще недостаточно, что сказывается на разрядных характеристиках. При соотношении размеров более 2,5 возможно разрушение сепаратора, что приводит к короткому замыканию электродов и выходу ЛИА из строя. Наличие на торцах блока электродов токопроводящего покрытия упрощает технологию присоединения токовыводов и улучшает токоотвод от электродов, что способствует повышению удельных разрядных характеристик ЛИА.
Дополнительным фактором, обеспечивающим стабильность удельных разрядных характеристик ЛИА является то, что подпрессованные блоки электродов до снятия внешнего давления устанавливаются в струбцины и в струбцинах, в подпрессованном виде проходят последующие операции: нанесение проводящих слоев на торцы блоков (шоопирование), приварка контактных шин к проводящим слоям на торцах, термостабилизация, совмещенная с вакуумной сушкой, и, наконец, вакуумная пропитка электролитом.
Только после вакуумной пропитки и удаления избытка электролита центрифугированием блоки извлекаются из струбцин и поступают на сборку аккумуляторов.
Следует заметить, что опасность коротких замыканий электродов различных знаков в процессе нанесения на торцы проводящих покрытий исключается тем, что при намотке блоков электроды различных знаков смещаются по отношению друг к другу на 1÷1,5 мм.
Целесообразно, чтобы что рулонный блок содержал одну или более пар положительных и отрицательных электродов, разделенных пористым сепаратором, пропитанным органическим электролитом. Это позволяет изменять номинальную емкость производимых ЛИА в широком диапазоне.
Целесообразно, чтобы удельная емкость электродов составляла 1,1÷1,6 мАч/см2. При удельной емкости электродов менее 1.1 мАч/см2 удельные разрядные характеристики недостаточно высоки, удельную емкость более 1,6 мАч/см2 трудно обеспечить технологически.
Целесообразно, чтобы положительные и/или отрицательные электроды были снабжены полостями для хранения дополнительного запаса электролита. Это позволяет повысить ресурс работы ЛИА при возможной потере электролита.
Целесообразно, чтобы в активном слое положительного электрода содержались частицы железа фосфата лития или другого пригодного компонента, а в активном слое отрицательного электрода - частицы нано титаната лития, или углерода, или кремния, или их смесь. Указанные активные компоненты обеспечивают повышенные удельные разрядные характеристики.
Целесообразно, чтобы электроды были снабжены подложками из меди или алюминия или из полимерной пленки с нанесенными на них слоями меди или алюминия. Наличие подложки высокой проводимости способствует повышению удельных разрядных характеристик, а использование металлизированной полимерной пленки снижает массогабаритные характеристики ЛИА, что также способствует повышению удельных разрядных характеристик.
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 и описанием варианта конструкции аккумулятора, предназначенного для работы в особо тяжелых условиях.
Продольный раздел ЛИА представлен фиг.1, поперечный, по плоскости АА, фиг.2.
Аккумулятор состоит из стального луженного корпуса 1, стальной луженной крышки 2 с токовыводами, которые представляют собой проходные изоляторы 3 с пропущенными через них токовыводами 4 (луженная медная проволока).
Блок электродов 5 фиксируется в корпусе комплектом уплотняющих прокладок 6. На торцы блока электродов нанесены контактные слои 7.
На катоде - всегда из алюминиево-цинкового сплава.
На аноде - из алюминиево-цинкового сплава, если основой активного слоя анода является нанотитанат лития, во всех остальных случаях - из меди.
В контакте с проводящими слоями 7 на торцах блока находятся контактные шины 8 (медная - в случае проводящего покрытия из меди, из алюминиево-цинкового сплава - в случае проводящего покрытия из того же сплава).
Контактные шины 8 через соединительные муфты 9 соединены с внешними токовыводами 4.
Муфты 9, как и уплотняющие прокладки 6, устраняют возможность контакта блока электродов со слоями олова на ряде деталей.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный ЛИА может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствуют критерию «промышленная применимость».
1. Литий-ионный аккумулятор (ЛИА), включающий герметичный корпус с крышкой и размещенный в нем рулонный блок из положительных и отрицательных электродов, разделенных пористым сепаратором, пропитанным органическим электролитом, отличающийся тем, что рулонный блок из предварительно плотно намотанных на оправку электродов после снятия его с оправки подпрессован в поперечном направлении до соотношения поперечных размеров большего к меньшему 1,4÷2,5, а на торцах блока нанесено покрытие из меди или алюминиево-цинкового сплава.
2. ЛИА по п.1, отличающийся тем, что рулонный блок содержит одну или более пар положительных и отрицательных электродов, разделенных пористым сепаратором, пропитанным органическим электролитом.
3. ЛИА по п.1, отличающийся тем, что удельная емкость электродов в блоке составляет 1,1÷1,6 мАч/см2.
4. ЛИА по п.1, отличающийся тем, что положительные и/или отрицательные электроды снабжены полостями для хранения дополнительного запаса электролита.
5. ЛИА по п.1, отличающийся тем, что в активном слое положительного электрода содержатся частицы железа фосфата лития или другого пригодного компонента, а в активном слое отрицательного электрода - частицы нанотитаната лития, или углерода, или кремния, или их смесь.
6. ЛИА по п.1, отличающийся тем, что электроды снабжены подложками из меди, или алюминия, или из полимерной пленки с нанесенными на них слоями меди или алюминия.
