литиевый химический источник тока

Формула изобретения

1. ЛИТИЕВЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА с неводным раствором электролита, содержащий анод, сепаратор, катод и пористую металлическую пластину, расположенную между электродами, отличающийся тем, что указанная пластина расположена на анодной поверхности.

2. Источник тока по п.1, отличающийся тем, что пористая пластина напрессована на поверхность анода.

3. Источник тока по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пластина выполнена из пористой никелевой фольги толщиной 50-200 мкм, пористостью 30 - 60% и с размером пор 1-200 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве химических источников тока с литиевым анодом.

Литиевые химические источники тока (ХИТ) с жидким окислителем (диоксид серы, тионилхлорид и т.п.) обладают высокими удельными электрическими характеристиками. Однако их промышленное применение ограничивается из-за их пожаровзрывоопасности, связанной с перегревом ХИТ из-за закорачивания электродов. Закорачивание электродов ХИТ происходит из-за образования дендритов лития [1]

Для решения указанной проблемы принимаются различные меры, такие как введение добавок в электролит, ограничивающих рост дендритов, выбор более стойких сепарационных материалов, изменение конструкции сепаратора и т.п. Однако все эти мероприятия проблемы не решают [2]

Известен литиевый ХИТ, содержащий анод из лития или литиевого сплава, сепаратор, неводный раствор электролита, тионилхлорид в качестве катодного окислителя и инертный катод. Для повышения ресурса ХИТ на поверхность анода наносят пассивирующую пленку из полимера низшего акрилового эфира цианоакриловой кислоты. Указанная пленка герметизирует анод и контактирует с сепаратором [3]

Недостатком указанного ХИТ является ограниченный ресурс, связанный с закорачиванием электродов из-за деструкции сепаратора и прорастания дендридов через сепаратор.

Из известных литиевых ХИТ наиболее близким по совокупности существенных признаков является ХИТ, содержащий литиевый анод, сепаратор, неводный раствор электролита, тионилхлорид в качестве катодного окислителя и угольный катод с пористой металлической пластиной, размещенной на поверхности, обращенной к аноду [4] Указанная пластина предназначена для защиты литиевого ХИТ от взрыва при перемене полярности. Литиевые дендриды, образующиеся в ХИТ, закорачивают анод и пористую пластину, шунтируя при этом протекание через него обратного тока и исключая возможность взрыва.

Недостаток этого литиевого ХИТ связан с тем, что введение пористой пластины на катодную сторону для обеспечения безопасности эксплуатации не исключает образование дендритов лития, а использует их образование для защиты элемента от перемены полярности. При циклировании литиевого ХИТ, образующиеся дендриты, вызывают закорачивание электродов и приводят к выходу из строя.

Задачей изобретения является создание литиевого ХИТ, обладающего повышенным ресурсом и безопасностью эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в литиевом ХИТ, содержащем анод, сепаратор, неводный раствор электролита и катод, на анодной поверхности, обращенной к катоду, размещена пористая металлическая пластина.

Указанная пластина, не мешая протеканию тока заряда и разряда при циклировании ХИТ, будет препятствовать образованию дендритов и закорачиванию электродов.

Целесообразно пористую пластину напрессовывать на поверхность литиевого анода. Пластина, расположенная на поверхности анода, препятствует образованию и росту литиевых дендритов и выполняет одновременно роль токоотвода.

Целесообразно пористую пластину выполнять из пористой никелевой фольги толщиной 50-200 мкм и пористостью 30-60% при размере пор 1-200 мкм. Применение никеля оправдано тем, что он стоек при рабочих условиях литиевого ХИТ и широко используется в технологии литиевых ХИТ. Нижний предел толщины фольги 50 мкм определяется требованиями механической прочности и электропроводимости. Применение фольги толщиной более 200 мкм нецелесообразно, поскольку дальнейшее увеличение толщины снижает удельные электрические характеристики, но не дает увеличения ресурса.

Диапазоны пористости металлической фольги и размера пор определяются внутренним электрическим сопротивлением ХИТ и надежностью защиты от закорачивания электродов.

Минимальные размеры пор и пористость никелевой фольги определяются допустимой величиной внутреннего сопротивления ХИТ. При пористости менее 30% и размере пор менее 1 мкм фольга будет экранировать литиевый электрод, затрудняя протекание тока и вызывая увеличение внутреннего сопротивления, приводящих к снижению электрических характеристик. Фольга пористостью более 60% обладает недостаточной механической прочностью и малой электропроводимостью, а через поры более 200 мкм могут прорасти дендриты.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного решения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения.

Установлено, что заявленное изобретение не следует явным образом для специалиста в данной области из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Пример практической реализации. В лабораторный литиевый ХИТ с анодом из литиевой фольги, сепаратором из стекловолокна, пористым катодом на основе углерода и раствором электролита на основе тионилхлорида, пропиленкарбоната и соли LiAlCl₄ между анодом и сепаратором была установлена пористая никелевая фольга толщиной 70 мкм, пористостью 40% и средним размером пор 15 мкм. После сборки и герметизации элемент был поставлен на циклирование. Заряд и разряд проводился при плотности тока 1,0 мА/см². При глубине разряда 30% элемент испытывался в течение более 50 циклов. При этом снижения электрических характеристик и изменения внутреннего сопротивления не обнаружено. Эффективность циклирования по току достигала 99% Результаты лабораторных испытаний литиевого ХИТ показали, что он обладает стабильными характеристиками циклирования, а дополнительная пористая никелевая фольга не влияет на протекание тока.

Таким образом, представленные данные подтверждают возможность практической реализации заявленного ХИТ с достижением заявленного технического результата. На основании указанных данных можно сделать заключение, что заявленное изобретение соответствует критерию "Промышленная применимость".