Химический источник тока с литийсодержащим анодом

 

Изобретение относится к литиевым источником тока. Согласно изобретению химический источник включает литийсодержащий анод, сепаратор, катод с активным материалом Li_1+xV₃O₈ и органический электролит. При этом активный материал катода дополнительно содержит фазу состава Li_0,33V₂O₅ при содержании последней (30-70) об.%. Техническим результатом изобретения является повышение удельной емкости и увеличение срока эксплуатации.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к химическим источникам тока с литийсодержащим анодом с высокой удельной энергией, которые применяются, например, в радиотехнике кинофототехнике, в источниках питания переносных средств связи.

Известен химический источник тока [1] с литийсодержащим анодом, имеющий сепаратор, органический электролит и катод. В зависимости от типа катодной системы удельная энергия этого типа источников тока находится в пределах 100 - 140 Втч/кг, что не соответствует современным требованиям. Кроме того, они имеют большой саморазряд в процессе хранения.

Наиболее близким к предлагаемому источнику является химический источник тока [2] с литийсодержащим анодом, имеющий сепаратор, органический электролит и катод с активным материалом Li_1+xV₃O₈. Удельная емкость таких источников составляет 0,22 Ач/г на первом и 0,18 Ач/г на втором цикле при плотности тока разряда 1 мА/см², а после пятидесятого цикла емкость такого источника составляет 50% начальной емкости. Кроме того, разрядные кривые источников тока с таким катодом носят "скачкообразный" характер, а именно: имеют несколько участков резкого падения напряжения, что является их существенным недостатком.

Цель изобретения - повышение удельной емкости, "сглаживание" разрядных характеристик, а также увеличение срока эксплуатации (циркулируемости) источника.

Согласно изобретению химический источник тока включает: литийсодержащий анод, сепаратор, катод с активным материалом Li_1+xV₃O₈ и органический электролит, при этом активный материал катода дополнительно содержит фазу состава Li_0,33V₂O₅ при содержании последней (30-70)%об.

Пример конкретного исполнения. Активную катодную массу L_1+xV₃O₈Li_0,33V₂O₅ получаем в процессе единого твердофазного синтеза по реакции: Li₂CO₃ + V₂O₅ -> Li_1+xV₃O₈ Li_0,33V₂O₅ в две стадии: при 650^oC 8-10 час и при 400^oC - 8-10 час с промежуточным измельчением массы в шаровой мельнице до эффективного размера 10+2 мкм.

Оптимальным является соотношение фаз Li_1+xV₃O₈: Li_0,33V₂O₅ = 0,7 : 0,3, что соответствует нижнему пределу содержания фазы Li_0,33V₂O₅. Дальнейшее увеличение ее содержания способствует сохранению стабильности энергетических параметров, однако при этом начинает сказываться нежелательный процесс кристаллизации активной массы и при содержании Li_0,33V₂O₅ более 70 об.% образуется термодинамически неустойчивая система.

Для сохранения аморфной структуры активной массы при изготовлении катода была применена технология многостадийной, кратковременной термообработки при 300^oC. Готовую порошкообразную активную массу в дальнейшем смешивали с фторопластовой эмульсией (Ф4-Д), а затем вальцеванием формировали ленту катода на подложке из алюминиевой фольги с напылением на нее слоем карбида титана. Готовую ленту катода после промывки и сушки использовали для сборки источника тока по классической технологии изготовления рулонных аккумуляторов.

Проведенные испытания патентуемого источника тока типоразмера АА показали повышение удельной энергии до 400 Втч/кг (140 Втч/кг у прототипа), увеличение циклируемости до 500 (200 циклов у прототипа), сохранение (85%-ное) на сотом цикле исходной емкости (50%-ное на 50-м цикле у прототипа), отсутствие скачкообразного падения на разрядных кривых.

Следует отметить, что изготовление предлагаемых источников тока не требует создания специального технологического оборудования, а их производство может иметь существенный экономический эффект.

Источники информации 1. Разработка литиевых аккумуляторов в Японии. Takehara, Zenichiro. J.of Power Sources. 1989, 26, N 1-2, pp.257-266.

2. Аккумуляторы Li/Li_1+xV₃O₈ Pasquali M., Pistoia G., Manev V., Mashev R,.J.Electrohem.Soc., 1986 г. N 12, pp.2454-2458.

Формула изобретения

Химический источник тока с литийсодержащим анодом, включающий сепаратор, органический электролит и катод с активным материалом Li_1+x V₃O₈, отличающийся тем, что активный материал катода дополнительно содержит фазу состава Li_0,33 V₂O₅ при содержании последней (30 - 70) об.%.