10.05.2018
218.016.40d2

Способ изготовления литиевых аккумуляторов электрохимической системы литий - литированный оксид ванадия

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002648977
Дата охранного документа
29.03.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к производству источников тока, осуществляемому в сочетании с утилизацией первичных источников тока, выработавших свой ресурс, и может быть использовано для изготовления литиевых аккумуляторов. Способ изготовления литиевых аккумуляторов электрохимической системы литий - литированный оксид ванадия включает создание катода литированного оксида ванадия, в качестве которого используют электродную массу отработавшего срок службы первичного источника тока литий-оксид ванадиевой системы. Безопасную разгерметизацию вышеуказанного источника тока проводят путем доразрядки до напряжения менее 2 В, охлаждения до температуры менее 0°C и дегазации. После этого проводят прокаливание электродной массы не менее 1,5 часов. Далее осуществляют выщелачивание ее водой при соотношении твердой и жидкой составляющих 1:3. После чего проводят просушивание образовавшегося при выщелачивании осадка. Изобретение позволяет ускорить процесс получения литиевых аккумуляторов электрохимической системы литий - литированный оксид ванадия. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к производству источников тока, осуществляемому в сочетании с утилизацией первичных источников тока, выработавших свой ресурс, и может быть использовано для изготовления литиевых аккумуляторов.

Известен способ изготовления активной массы катода литиевого аккумулятора (RU 2230399, опублик. 10.06.2004), в котором производят смешение массы диоксида марганца с гидрооксидом лития с последующей термообработкой. Смешение диоксида марганца и гидрооксида лития производят в сухом виде, после чего проводят дополнительное перемешивание компонентов в процессе пластического течения при кручении под давлением не менее 2,0 ГПа и величинах относительной деформации 22-24. Термообработку проводят при температуре 400°C в течение 20 ч.

Недостатками данного способа являются высокая температура процесса, длительное время проведения термообработки, нестабильные электрохимические характеристики активной массы катода литиевого аккумулятора.

Известен способ изготовления активной массы катода литиевого аккумулятора (RU 2329570, опублик. 20.07.2008), в котором производят смешение массы оксида ванадия с гидрооксидом лития в сухом виде с последующей термообработкой. Проводят дополнительное перемешивание оксида ванадия и гидрооксида лития в процессе пластического течения при кручении под давлением не менее 1,7 ГПа и величинах относительной деформации 18-20. Термообработку проводят при температуре 200-400°C в течение 15 ч.

Недостатками данного способа являются высокая температура процесса, нестабильные электрохимические характеристики активной массы катода литиевого аккумулятора.

Наиболее близким является способ изготовления литиевых аккумуляторов электрохимической системы литий - литированный диоксид марганца (RU 2179771, опублик. 20.02.2002), который включает операцию создания катода из литерованного диоксида марганца, имеющего структуру шпинели, в качестве литерованного диоксида марганца используют катодную массу отработавшего срок службы и полностью разряженного первичного источника тока литий-диоксид марганцевой системы (Li/MnO2), которую прокаливают, выщелачивают и высушивают. Указанное прокаливание проводят при температуре 450°C, выщелачивание осуществляют водой, подкисленной серной кислотой при концентрации 2 г/л, при соотношении твердой и жидкой составляющих 1:3 при температуре 20°C в течение 10 мин.

Недостатками являются:

- высокая трудоемкость и высокая стоимость создания искомого материала, переменный фазовый состав катодной массы требует дополнительной обработки для усреднения характеристик, что влечет за собой существенные энергетические затрат;

- невысокие удельные энергетические характеристики литиевых аккумуляторов;

- низкий ресурс - не более 500 зарядно-разрядных циклов.

Техническим результатом заявленного изобретения является ускорение процесса получения литиевых аккумуляторов электрохимической системы литий - литированный оксид ванадия, а также снижение себестоимости процесса изготовления за счет замены дорогостоящего сырья на катодную массу первичного источника тока системы литий - оксид ванадия, отработавшего срок службы и полностью разряженного.

Технический результат заявленного изобретения достигается следующим образом.

Способ изготовления литиевых аккумуляторов электрохимической системы литий - литированный оксид ванадия включает создание катода литированного оксида ванадия, в качестве которого используют электродную массу отработавшего срок службы первичного источника тока литий-оксид ванадиевой системы. Безопасную разгерметизацию вышеуказанного источника тока проводят путем доразрядки до напряжения менее 2 В, охлаждения до температуры менее 0°C и дегазации. После этого проводят прокаливание электродной массы не менее 1,5 часов. Далее осуществляют выщелачивание ее водой при соотношении твердой и жидкой составляющих 1:3. После чего проводят просушивание образовавшегося при выщелачивании осадка.

Кроме того, дегазацию осуществляют при температуре 150-160°C.

При этом прокаливание проводят при температуре 400°C.

Выщелачивание осуществляют при температуре 15-20°C в течение 15-20 мин.

Кроме того, выщелачивание проводят водой, подкисленной серной кислотой при концентрации 2 г/л.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Поскольку элементы системы литий - литийванадиевой бронзы (далее ЛВБ) являются анодно-ограниченными (т.е. лития в них содержится меньше, чем нужно по стехиометрии реакции для полного восстановления ванадиевой бронзы), то для безопасной разгерметизации с целью последующей утилизации их необходимо доразряжать до напряжения менее 2 В. Это позволит перевести металлический литий в безопасные соединения.

Также для безопасной разгерметизации отработанных литиевых аккумуляторов типа ЛВБ их нужно охладить до температуры менее 0°C, что позволит снизить риски взрыва аккумулятора.

Операцию охлаждения отработанных литиевых аккумуляторов типа ЛВБ производят в термостате, одновременная загрузка элементов типа ЛВБ-17335 составляет 500 шт.

После этого охлажденные литиевые аккумуляторы типа ЛВБ поступают для дегазации в вакуумной камере с остаточным давлением 0,6-0,7 Па на лазерную установку ГОС 1001 М с энергией пучка 500 Дж/см2, время зарядки питающего устройства КБ 1000 - 1-2 минуты, в которой в охлажденных литиевых аккумуляторах типа ЛВБ пробиваются отверстия с диаметром 1,5-2,0 мм. Производительность лазерной установки - 20 отверстий в минуту, кроме того, устройство камеры лазерной установки позволяет повышать температуру внутреннего объема до 150-160°C. Одноразовая загрузка камеры составляет 1000 шт. элементов типа ЛВБ-17335. Процесс отгонки и полной дегазации протекает в течение 1,5-2,0 часов.

Электродная масса, после доразряда и термической отгонки вредных веществ, практически безопасна и ее можно подвергать дальнейшей обработке.

Дальнейший этап связан с переработкой электродной массы, целью которой является перевод лития в водный раствор. Электродная масса перерабатываемого аккумулятора представляет собой блок скрученных электродов, где литий находится в следующих состояниях:

- в виде металлического лития. Для обеспечения заданного количества циклов при эффективности циклирования - 85%, в конструкцию аккумулятора закладывают пятикратный запас по емкости анода, по сравнению с катодом. Это означает, что даже в разряженном аккумуляторе на аноде будет присутствовать неизрасходаванный металлический литий;

- в виде интеркалированного лития. В процессе электровосстановления литий-ванадиевой бронзы в ее кристаллическую решетку внедряются катионы лития. Процесс внедрения катиона лития в структуру катода, носит название интеркаляции;

- в виде перхлората лития (LiClO4). После операции отгонки электролита в порах электродной массы остается перхлорат лития и некоторое связанное с ним количество электролита.

Переработка электродной массы включает в себя термическую обработку - прокаливание при Т=400°C, совместное выщелачивание катода с анодом и разделение конструкционных материалов и выщелаченной литий-ванадиевой бронзы.

Целью переработки электродной массы является разложение химически устойчивого соединения - перхлората лития, окисление остаточного анодного лития до более безопасного Li2O и удаления остаточного электролита.

Выщелачивание производится при соотношении твердой и жидкой составляющей 1:3 при температуре 20°C в течение 15 мин. Выбор данного реагента, а не кислоты объясняется его дешевизной и желанием при извлечении интеркалированного лития не переводить в водную фазу ванадий и литий из решетки литий-ванадиевой бронзы (LiV3O8), поскольку данное соединение может быть повторно использовано в производстве аккумуляторов.

Аноды обрабатывают 250 мл воды, при этом в твердой фазе оставались нержавеющая сетка, остатки сепаратора, весь анодный литий переходит в раствор в виде LiOH.

Катод обрабатывают промывкой водой. В твердой фазе остаются конструкционные материалы (подложка, токовывод), а также в виде порошка выщелаченная литий-ванадиевая бронза с углеродной массой. Металлические отходы и катодная масса могут быть разделены просеиванием после сушки. В раствор переходит интеркалят лития и остатки электролитной соли, при этом остатки электролита окрашивают раствор в желтоватый цвет.

Определение содержания лития в анодных и катодных растворах производилось методом титрования.

Извлечение интеркалята лития из катода производится по уравнению:

Е=(Мк/(0,6-Ма))*100, %

где Е - степень извлечения лития из катода, %;

Мк - масса лития, перешедшая в раствор из катода, г;

Ма - масса лития, перешедшая в раствор из анода, г;

0,6 - количество лития на аноде незаряженного аккумулятора, согласно конструкторской документации, г.

При расчете принималось, что литий с анода переходит полностью в раствор. Полученные результаты приведены в табл. 1

На расчет степени выщелачивания катода может влиять электролитная соль, оставшася после отгонки электролита и находящаяся в порах катода, максимальное содержание лития в этой соли оценивается до 0,01 г Li. Кроме того, при разборке электродных блоков, на сепараторе остается небольшое количество катодной массы, а часть анодного лития вступает в реакцию с остатками электролита. С учетом этих поправок степень выщелачивания лития из катодной массы водой является несколько выше и может быть оценена как 96-98%.

Полученный раствор подвергается фильтрации для последующего осаждения из него лития. В осадок, образованный активной катодной массой (главным образом литий-ванадиевой бронзы и углеродной массой), переходят также все конструкционные материалы, такие как: нержавеющая сетка, подложка положительного электрода, никелевый контакт, стержень - токовывод, кольцо, сепараторная ткань и др.

С этой целью образованный осадок при выщелачивании подвергается просушиванию. Образовавшийся при выщелачивании осадок, содержащий смесь LiV3O8 с углеродом, отделяется от конструкционных материалов просеиванием через сито.

Извлекаемая масса литий-ванадиевой бронзы при переработке литиевого аккумулятора электрохимической системы Li/LixV3O8 эффективна при повторном использовании в производстве аккумуляторов.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 18 items.
20.11.2014
№216.013.0765

Способ переработки сульфидного никелевого сырья

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности никеля, и может быть использовано для переработки сульфидного никелевого сырья, в том числе концентратов и файнштейнов, содержащих в качестве примесей медь и кобальт, с получением чистых металлов или их солей. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533294
Дата охранного документа: 20.11.2014
27.01.2015
№216.013.20ea

Способ получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда

Изобретение относится к способу получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда, включающему анодное растворение сплава на основе алюминия высокой чистоты в водном растворе, содержащем катионы , Na или их смеси, отделение гидроксильного осадка, его промывку и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539874
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.06.2015
№216.013.507b

Датчик измерения механических напряжений

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой датчик механических напряжений. Датчик включает прямоугольную пластину из полимерного материала, на верхней поверхности которой сделано углубление, в котором помещается детектор, при этом внутри прямоугольной пластины вдоль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552124
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.01.2016
№216.013.a041

Установка для металлотермического восстановления щелочно-земельных металлов

Изобретение относится к металлургии. Установка включает реакционную камеру, с противоположных сторон которой расположены камера загрузки сырьевых брикетов и камера разгрузки обработанных брикетов. Теплоизоляционный корпус реакционной камеры соединен с первым механизмом вертикального перемещения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572667
Дата охранного документа: 20.01.2016
13.01.2017
№217.015.7e29

Способ получения постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов с железом и азотом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам изготовления постоянных магнитов из магнитотвердых материалов, на основе соединений редкоземельных металлов и может быть использовано в электротехнической, автомобильной, приборостроительной и других областях промышленности. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601149
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.863f

Способ получения сплава неодим-железо и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электролитическому получению сплавов. Получают сплав неодим-железо, содержащий 78-96 мас.% неодима. В электролизер загружают оксид неодима, железо в виде стружки, расплав солевой смеси в качестве электролита через загрузочный карман, в котором устанавливают температуру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603408
Дата охранного документа: 27.11.2016
25.08.2017
№217.015.b447

Термостойкая ткань из полимерных волокон и изделие, выполненное из этой ткани

Группа изобретений относится к текстильной промышленности, в частности к производству защитной одежды специального назначения. Термостойкая ткань образована переплетением основных и уточных нитей комбинированным полотняным переплетением, по основе основным репсом и по утку уточным репсом. Ткань...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614002
Дата охранного документа: 22.03.2017
26.08.2017
№217.015.e130

Способ очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов от железа включает по крайней мере один этап электрохимической очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов. Электрохимическую очистку проводят при рН 1,0-3,0, катодной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625470
Дата охранного документа: 14.07.2017
29.12.2017
№217.015.fa36

Способ получения постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов с железом и азотом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам изготовления постоянных магнитов из магнитотвердых материалов на основе сплавов редкоземельных металлов с железом и азотом, и может быть использовано в электротехнической, автомобильной, приборостроительной и других областях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639889
Дата охранного документа: 25.12.2017
19.01.2018
№218.016.0d88

Способ измерения характеристик аморфных ферромагнитных микропроводов

Изобретение относится к аморфным ферромагнитным микропроводам (АФМ) в тонкой стеклянной оболочке и используется в устройствах измерительной техники. Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения характеристик аморфных ферромагнитных микропроводов (АФМ) исследуемый АФМ жестко...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632996
Дата охранного документа: 11.10.2017

Похожие РИД в системе