[go: up one dir, main page]

RU2360329C1 - Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора - Google Patents

Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора Download PDF

Info

Publication number
RU2360329C1
RU2360329C1 RU2008101884/09A RU2008101884A RU2360329C1 RU 2360329 C1 RU2360329 C1 RU 2360329C1 RU 2008101884/09 A RU2008101884/09 A RU 2008101884/09A RU 2008101884 A RU2008101884 A RU 2008101884A RU 2360329 C1 RU2360329 C1 RU 2360329C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active mass
negative electrode
cadmium
cadmium oxide
mass
Prior art date
Application number
RU2008101884/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Никифорович Постников (RU)
Владимир Никифорович Постников
Владимир Анатольевич Жидков (RU)
Владимир Анатольевич Жидков
Александр Николаевич Ковалев (RU)
Александр Николаевич Ковалев
Павел Ювенальевич Шубин (RU)
Павел Ювенальевич Шубин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" filed Critical Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
Priority to RU2008101884/09A priority Critical patent/RU2360329C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2360329C1 publication Critical patent/RU2360329C1/ru

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов с намазным или сухо-вальцованным отрицательным электродом. Техническим результатом изобретения является повышение удельных характеристик. Согласно изобретению предложен способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора, включающий смешивание оксида кадмия и активирующей добавки в соотношении массовых долей 0,85÷0,95 оксида кадмия и 0,5÷0,15 электролитического никелевого порошка, как активирующей добавки, уплотнение до 1,3÷1,7 г/см3 и обработку в восстановительной атмосфере при температуре 270÷360°С, причем термообработку смешанных компонентов активной массы проводят до достижения значения убыли массы 2,0÷4,5% по отношению к исходной, а электролитический никелевый порошок имеет средний размер частиц от 0,3 до 1,7 мкм. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов с намазным или суховальцованным отрицательным электродом.
Известна активная масса отрицательного электрода щелочного аккумулятора [1], содержащая 6…7 мас.% гидроксида никеля. 1,8…2,0 мас.% стабилизирующей поверхностно-активной добавки - натриевой соли целлюлозогликолиевой кислоты со степенью замещения 65-90 и уровнем полимеризации 400-600 и оксида кадмия - остальное, либо активная масса отрицательного электрода щелочного аккумулятора [2], содержащая оксид кадмия, активирующие добавки и трехокись сурьмы в следующем соотношении: гидрат закиси никеля 3,0…6,7 мас.%, соляровая фракция 1,0…3,0 мас.%, трехокись сурьмы 5…10 мас.%, карбоксиметилцеллюлоза 0,5…2,0 мас.%, оксид кадмия - остальное. Полученные активные массы перемешивают, подсушивают и наносят на токоотводящую сетку.
Недостатком вышеприведенных способов и составов активных масс отрицательных электродов щелочных аккумуляторов является то, что компоненты активной массы, смешанные друг с другом в представленных соотношениях, не позволяют значительно увеличить плотность активной массы, которая непосредственно и определяет количество активной массы в отрицательном электроде и, как следствие, является инструментом повышения удельной емкости электрода.
В качестве прототипа выбран способ получения активной массы намазного отрицательного электрода щелочного аккумулятора [3], содержащего оксид кадмия, активирующую добавку - гидроокись никеля, соляровое масло, карбоксиметилцеллюлозу и трехокись сурьмы в количестве 0,5…4,0 мас.% по отношению к кадмию, которую можно наносить на подложку как намазкой, так и электрофорезом.
Известно, что введение в состав активной массы активирующей добавки в виде гидроокиси никеля положительно влияет на коэффициент использования кадмия и устойчивость электрохимических характеристик, однако этот положительный эффект впрямую связан с размером частиц гидроокиси никеля.
Считается, что средний размер частиц оксида кадмия, применяемого в производстве никель-кадмиевых аккумуляторов, составляет 0,6…1,4 мкм, в то время как средний размер частиц гидроокиси никеля находится в диапазоне 10…50 мкм. Существенные различия в размерах частиц гидроокиси никеля и оксида кадмия не позволяют в полной мере использовать ее активирующее действие, а измельчение гидроокиси никеля до размеров, соизмеримых с размерами оксида кадмия, связано с определенными сложностями.
Установлено, что применение в активной массе отрицательных электродов солярового масла приводит к обволакиванию поверхности активных частиц оксида кадмия и наряду с положительным эффектом способствует снижению его электрохимической активности, к тому же наличие существенной доли органических соединений в составе активной массы непременно приводит к карбонизации электролита в процессе цитирования щелочного аккумулятора.
Использование оксида сурьмы в составе активной массы в определенном количестве благоприятно влияет на уменьшение процесса гидратации оксида кадмия в водных суспензиях, но в то же время отрицательно влияет на уровень начального напряжения разряда кадмиевого электрода, снижая его на 5...10 мВ, а с другой стороны дополнительный компонент в активной массе уменьшает массовую долю основного активного компонента - оксида кадмия.
Задачей заявляемого технического решения является повышение удельно-емкостных характеристик кадмиевых электродов при одновременном сохранении стабильности характеристик, исключении стабилизирующих добавок и упрощении технологии изготовления активной массы отрицательных электродов щелочного никель-кадмиевого аккумулятора.
Поставленная цель достигается за счет того, в заявляемом способе предлагается использовать электролитический никелевый порошок, который одновременно играет роль активирующей и токопроводящей добавки в определенном соотношении массовых долей с оксидом кадмия, а термообработку смеси оксида кадмия с электролитическим никелевым порошком проводить в атмосфере водорода, что способствует снижению порога гидратации оксида кадмия и позволяет использовать его в водно-гликолиевых суспензиях в достаточно широких технологических рамках.
Уплотнение, например вальцевание смеси оксида кадмия и электролитического никелевого порошка, позволяет на 40% повысить насыпную плотность активной массы.
Кроме того, активную массу отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора, изготовленную заявляемым способом, можно использовать в отрицательных электродах как намазного, так и суховальцованного типа.
Экспериментальным путем было установлено, что использование электрохимического никелевого порошка со средним размером частиц от 0,3 до 1,7 мкм в качестве активирующей добавки позволяет оптимально сочетать гранулометрические характеристики оксида кадмия и никелевого порошка.
Наличие никеля в активной массе отрицательного электрода в процессе эксплуатации аккумулятора положительно сказывается на снижении потенциала выделения водорода, выделяемого на аноде, и способствует газопоглощению кислорода, образуемого на катоде, к тому же никель является эффективной токопроводящей добавкой, снижает омические потери и позволяет повысить коэффициент использования кадмия до (70-80) %. Предлагаемый для использования согласно заявляемому техническому решению электролитический никелевый порошок, изначально имеющий на поверхности частиц оксидные пленки, и постепенно теряя их в процессе циклирования электрода, способствует увеличению микропористости активной массы.
Также экспериментально было установлено, что добавление в активную массу электролитического никелевого порошка менее 5% является недостаточным и не создает в полной мере положительного эффекта, а увеличение доли никелевого порошка более 15% также является неоптимальным, к тому же провоцирует образование интерметаллического соединения Ni5Cd21, которое приводит к снижению разрядного напряжения, которое воспринимается как снижение емкости электрода.
Экспериментальным путем было установлено, что наиболее оптимальным с точки зрения технологии изготовления является диапазон плотности активной массы 1,3…1,7 г/см3, поскольку при значениях насыпной плотности менее 1,3 г/см3 не реализуются в полной мере преимущества вводимой дополнительно технологической операции. Это преимущество в первую очередь связано с повышением емкости электродов, изготовленных на основе данной активной массы. Ограничение верхнего значения плотности активной массы 1,7 г/см3 главным образом связано со сложностью проведения дальнейших технологических переделов, например просевом активной массы, состоящей из более крупных и плотных агломератов.
Термообработка активной массы отрицательных электродов щелочного никель-кадмиевого аккумулятора согласно заявляемому техническому решению в восстановительной среде водорода при температуре от 270 до 360°С позволяет перевести оксид кадмия в исходном состоянии в менее окисленную форму, с частичным содержанием металлического кадмия, которая, во-первых, увеличивает плотность активной массы, во-вторых, уменьшает порог гидратообразования и, в-третьих, наличие начальной "заряженности" активной массы кадмиевого электрода сокращает процесс формирования (приведение активной массы электрода в рабочее состояние).
Проведение процесса термообработки активной массы при температуре менее 270°С нецелесообразно, поскольку скорость процесса изменения химического состояния оксида кадмия очень мала и для достижения нужного эффекта требуется затратить необоснованно больше времени. Проведение термообработки при температуре больше 360°С приводит к укрупнению частиц оксида кадмия и потере вследствие этого электрохимической активности.
В качестве инструмента контроля процесса термообработки выбран коэффициент термообработки K, который рассчитывается по формуле
Figure 00000001
где М0 - масса активной массы до термообработки, кг;
M1 - масса активной массы после термообработки, кг.
Экспериментально установлено, что согласно заявляемому техническому решению оптимальное значение коэффициента термообработки находится в диапазоне 2,0…4,5%.
При использовании активной массы с коэффициентом термообработки менее 2% не в полной мере реализуются такие возможные преимущества, как возможность увеличения насыпной плотности и уменьшение порога гидратации.
Увеличение коэффициента термообработки больше 4,5% снижает электрохимическую активность оксида кадмия.
Заявляемый способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора поясняется следующими примерами конкретного исполнения. Результаты изготовления образцов кадмиевых электродов представлены в примерах вариантов активной массы и приведены в таблице.
Пример 1
Активная масса кадмиевого электрода, состоящая из 0,85 мас. долей оксида кадмия, 0,15 мас. долей электролитического никелевого порошка, перемешана, уплотнена в валках, обработана в среде водорода при температуре 320°С с коэффициентом термообработки 2,0%, имеющая насыпную плотность 1,41 г/см3, внедрена в поры пластины из пеноникеля и обжата до величины плотности активной массы 3,73 г/см3. Пластины вырубались в размер 4,8×6,05×0,05 мм (объем 1,45 см3) и испытывались в составе ячейки со свободным электролитом КОН, плотностью (1,20±0,05) г/см3, током заряда (0,30±0,02) А в течение (5,0±0,1) ч и током разряда (0,30±0,02) А.
Пример 2
В условиях примера 1 изготовлена и испытана активная масса кадмиевого электрода, состоящая из 0,85 мас. долей оксида кадмия, 0,15 мас. долей электролитического никелевого порошка, уплотнена и обработана в среде водорода при температуре 320°С с коэффициентом термообработки 4,5%, имеющая насыпную плотность 1,55 г/см3, внедрена в поры пластины из пеноникеля и обжата до величины плотности активной массы 3,80 г/см3.
Пример 3
В условиях примера 1 изготовлена и испытана активная масса кадмиевого электрода, состоящая из 0,95 мас. долей оксида кадмия, 0,05 мас. долей электролитического никелевого порошка, уплотнена и обработана в среде водорода при температуре 320°С с коэффициентом термообработки 2,0%, имеющая насыпную плотность 1,43 г/см3, внедрена в поры пластины из пеноникеля и обжата до величины плотности активной массы 3,75 г/см3.
Пример 4
В условиях примера 1 изготовлена и испытана активная масса кадмиевого электрода, состоящая из 0,95 мас. долей оксида кадмия, 0,05 мас. долей электролитического никелевого порошка, уплотнена и обработана в среде водорода при температуре 320°С с коэффициентом термообработки 4,0%, имеющая насыпную плотность 1,58 г/см3, внедрена в поры пластины из пеноникеля и обжата до величины плотности активной массы 3,78 г/см3.
Пример 5
Активная масса кадмиевого электрода, состоящая в соответствии с прототипом из 0,87 мас. долей оксида кадмия, 0,05 мас. долей гидроксида никеля, 0,03 мас. долей солярового масла, 0,01 мас. доли карбоксиметилцеллюлозы и 0,04 мас. доли оксида сурьмы, перемешана и уплотнена в валках до значения насыпной плотности 0,96 г/см3, внедрена в поры пластины из пеноникеля, обжата до величины плотности активной массы 2,95 г/см3 и испытана в условиях примера 1.
Применение заявляемого способа изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора позволяет обеспечить высокий уровень плотности активного материала отрицательного электрода и увеличить емкостные характеристики кадмиевых электродов намазного или суховальцованного типа на 25% относительно известных аналогов, держать под контролем процесс гидратации оксида кадмия, обеспечивать его высокую электрохимическую активность, уверенно подтверждая уровень удельно-объемных характеристик 0,93 А·ч/см3 при коэффициенте использования кадмия не менее 62%, без введения дополнительных добавок, что упрощает технологию приготовления активной массы и ведет к экономии материалов.
Таблица
Пример Состав активной массы Коэффициент термообра-
ботки активной массы, %
Насыпная плотность активной массы, г/см3 Плотность активной массы в электроде, г/см3 (после обжатия) Электрохимическая емкость электрода Коэффи-
циент использо-
вания активной массы, %
Оксид кадмия Ni элект-ролити-
ческий
Расчетная, А·ч/шт. Фактическая
Мас. доля г/шт. Мас. доля А·ч/шт. А·ч/см3
1 0,85 4,65 0,15 2,0 1,41 3,73 1,93 1,23 0,85 64,0
2 0,85 4,68 0,15 4,5 1,55 3,80 1,95 1,23 0,83 63,0
3 0,95 5,18 0,05 2,0 1,43 3,75 2,15 1,36 0,93 63,5
4 0,95 5,20 0.05 4,5 1,58 3,78 2,17 1,36 0,93 62,8
5 0,87 3,96 - * - 0,96 2.95 1,65 1,05 0,696 63,4
* - в качестве активирующих и стабилизирующих добавок в активной массе присутствуют: гидроксид никеля - 0,05 мас. доли, соляровое масло - 0,03 мас. доли; оксид сурьмы - 0,04 мас. доли.
Источники информации
1. Патент РФ No 2128869, кл. Н01М 4/44, Н01М 4/62, дата приоритета 23.09.1994.
2. Патент РФ №1501854, кл. Н01М 4/44, дата приоритета 19.10.1987.
3. Авторское свидетельство №526644, кл. Н01М 4/36, Н01М 4/62, Н01М 10/30, дата приоритета 19.05.1975.

Claims (3)

1. Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора, включающий смешивание оксида кадмия и активирующей добавки, отличающийся тем, что в качестве активирующей добавки используют электролитический никелевый порошок, компоненты активной массы смешивают в соотношении массовых долей 0,85÷0,95 оксида кадмия и 0,05÷0,15 электролитического никелевого порошка, подвергают уплотнению до значений 1,3÷1,7 г/см3, затем обрабатывают в восстановительной атмосфере при температуре 270÷360°С.
2. Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора по п.1, отличающийся тем, что термообработку смешанных компонентов активной массы проводят до достижения значения убыли массы 2,0÷4,5% по отношению к исходной.
3. Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной из компонент активной массы используют электролитический никелевый порошок со средним размером частиц от 0,3 до 1,7 мкм.
RU2008101884/09A 2008-01-17 2008-01-17 Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора RU2360329C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008101884/09A RU2360329C1 (ru) 2008-01-17 2008-01-17 Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008101884/09A RU2360329C1 (ru) 2008-01-17 2008-01-17 Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2360329C1 true RU2360329C1 (ru) 2009-06-27

Family

ID=41027313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008101884/09A RU2360329C1 (ru) 2008-01-17 2008-01-17 Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2360329C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462796C2 (ru) * 2010-06-10 2012-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" Способ изготовления активной массы кадмиевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3489609A (en) * 1967-05-05 1970-01-13 Texas Instruments Inc Low temperature rechargeable battery
GB1207369A (en) * 1966-12-27 1970-09-30 Portable Power Corp Electrodes for storage batteries and electrode plaques therefor
SU528644A1 (ru) * 1975-05-19 1976-09-15 Предприятие П/Я А-1955 Активна масса дл намазного отрицательного электрода щелочного аккумул тора
RU2128869C1 (ru) * 1994-09-23 1999-04-10 Акционерное общество открытого типа Научно-исследовательский аккумуляторный институт "Источник" Активная масса отрицательного электрода щелочного аккумулятора

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1207369A (en) * 1966-12-27 1970-09-30 Portable Power Corp Electrodes for storage batteries and electrode plaques therefor
US3489609A (en) * 1967-05-05 1970-01-13 Texas Instruments Inc Low temperature rechargeable battery
SU528644A1 (ru) * 1975-05-19 1976-09-15 Предприятие П/Я А-1955 Активна масса дл намазного отрицательного электрода щелочного аккумул тора
RU2128869C1 (ru) * 1994-09-23 1999-04-10 Акционерное общество открытого типа Научно-исследовательский аккумуляторный институт "Источник" Активная масса отрицательного электрода щелочного аккумулятора

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462796C2 (ru) * 2010-06-10 2012-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" Способ изготовления активной массы кадмиевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7348329B2 (ja) 非水系電解質二次電池用電極及びこれを備える非水系電解質二次電池
US20230121023A1 (en) Continuous manufacture ofa nickel-iron battery
US20230129997A1 (en) Continuous coated iron electrode
JP2024504327A (ja) 被覆型三元正極材料、その調製方法及びリチウムイオン電池
CN110323438B (zh) 一种抑制锂枝晶生长的蚕丝蛋白碳化材料
JP2021028905A (ja) 負極に亜鉛を使用したアルカリ二次電気化学発電体
US20200106124A1 (en) Anode Active Materials for Lithium-ion Batteries
CN108123136A (zh) 铅碳电池复合负极添加剂和铅碳电池负极及制备与应用
JP2010192257A (ja) 鉛蓄電池および鉛蓄電池用ペースト式負極板の製造方法
KR20160042357A (ko) 환원 분위기에서 형성된 LTO 코팅을 구비하는 Si계 음극재 제조 방법
RU2360329C1 (ru) Способ изготовления активной массы отрицательного электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора
JP2025508507A (ja) リン酸鉄リチウム正極活物質、その調製方法、およびリチウム・イオン電池
AU2014212256B2 (en) Coated iron electrode and method of making same
Takeshita et al. Design of rechargeable air diffusion cathode for metal-air battery using alkaline solution
CN104979556B (zh) 一种氮掺杂Cu3P/C‑Cu锂离子电池负极材料及其制备方法
KR101693930B1 (ko) 전기화학 소자용 전극의 제조방법, 전기화학 소자용 전극 슬러리, 및 전기화학 소자용 전극
JP2019046717A (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および、非水系電解質二次電池
KR102518691B1 (ko) 음극 활물질, 이를 포함하는 음극, 이를 포함하는 이차 전지, 및 음극 활물질의 제조 방법
KR20200077177A (ko) 리튬 이온 커패시터용 리튬코발트산화물-탄소 복합체, 이를 포함하는 양극 활물질, 이를 포함하는 리튬 이온 커패시터, 및 그 제조방법
JP2019081686A (ja) 電解二酸化マンガン及びその製造方法並びにその用途
JPWO2012014259A1 (ja) 非水電解液二次電池
CN114789998A (zh) 负极材料及其制备方法、电池
JP2009170106A (ja) リチウムイオン電池
CN114864910B (zh) 包覆型三元材料及其应用
JP2020095779A (ja) リチウムイオン二次電池の負極活物質用ナノ粒子集合体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100118

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20110720

PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200118