×
25.06.2018
218.016.66c5

Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления активной массы анода литиевого аккумулятора

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых аккумуляторов с анодами на основе титаната лития. Проводят смешение диоксида титана с гидрооксидом лития в сухом виде, механоактивацию и термообработку, при этом механоактивацию проводят в процессе пластического течения при кручении под давлением 1.65 ГПа и величинах относительной деформации 19-21, а термообработку при температуре 700°C в течение 6 часов в воздушной среде. Изобретение позволяет повысить технологичность процесса изготовления анода при увеличении его разрядной емкости. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых аккумуляторов с анодами на основе титаната лития. Аноды литиевых аккумуляторов являются композиционными материалами: они представляют собой смесь активной массы, связующего (фторопласт) и электропроводной добавки (сажа, графит). В качестве активной массы анода в настоящее время широко применяется титанат лития (Ярославцев А.Б., Кулова Т.Л., Скундин A.M. // Успехи химии. 2015. Т. 84, №8. С. 826-852).

Известен высокотемпературный способ изготовления титаната лития, который заключается в термообработке смеси диоксида титана с карбонатом лития при температуре 800°C в течение 12 часов (Berbenni V., Milanese С., Bruni G., Marini A. // Z. Naturforsch. 2010. V. 65b. P. 23-26).

Полученное соединение имеет формулу Li4Ti5O12 и циклируется в диапазоне потенциалов 1,5-1.6 В относительно литиевого электрода. Недостатками этого способа являются его длительность, а также низкая электронная проводимость и дисперсность порошков Li4Ti5O12 (размер частиц около 800 нм) и, как следствие, неудовлетворительные разрядно-зарядные характеристики катодов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является твердофазный способ изготовления Li4Ti5O12, который заключается в следующем: порошок диоксида титана TiO2 перемешивают с гидрооксидом лития LiOH, механически активируют на планетарных мельницах, а затем отжигают при температуре 800°C в течение 4 часов на воздухе (Косова Н.В., Девяткина Е.Т. // Электрохимия. 2012. Т. 48, №2. С. 351-361). К недостаткам твердофазного способа можно отнести энергоемкость процесса, связанную с механической активацией на планетарных мельницах, что удорожает продукт, невысокую дисперсность порошков Li4Ti5O12 (размер частиц около 500 нм), что сказывается на емкости и ресурсе работы анода на его основе и аккумулятора в целом.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении технологичности процесса изготовления анода и увеличении его емкости. Технический результат, заключающийся в увеличении дисперсности титаната лития и увеличении коэффициента диффузии лития, достигается тем, что в известном способе изготовления титаната лития, заключающемся в том, что проводят смешение диоксида титана с гидрооксидом лития в сухом виде, механоактивацию и термообработку, согласно изобретению механоактивацию проводят в процессе пластического течения при кручении под давлением 1.65 ГПа и величинах относительной деформации 19-21, а термообработку проводят при температуре 700°C в течение 6 часов в воздушной среде.

На чертеже схематично представлено устройство для осуществления механоактивации, включающее смесь TiO2+LiOH 1, пуансон 2, наковальню Бриджмена 3.

Способ осуществляют следующим образом.

TiO2 и LiOH в соотношении 4:1 насыпают в керамическую чашку. Затем стеклянной палочкой их предварительно слегка перемешивают в сухом виде в течение пятнадцати секунд. Схематически это представлено на чертеже. Полученную массу 1 насыпают на наковальню Бриджмена 3, прижимают сверху пуансоном 2 и помещают под пресс. Затем массу подвергают относительной деформации величиной 19-21 при давлении не менее 1.65 ГПа. В результате получается плоский диск толщиной от 1,5 до 2 мм. Этот диск затем помещается в муфельную печь, где выдерживается при температуре 700°C в течение 6 часов в воздушной атмосфере.

Аппаратура, на которой проводилась механоактивация, позволяет подвергать исследуемые вещества одновременному воздействию одноосного сжатия и сдвиговым напряжениям, величина которых не превышает предела текучести материала при данном давлении. Особенностью аппаратуры данного типа является то, что по мере увеличения давления напряжение, необходимое для поддержания постоянной скорости пластического деформирования, увеличивается. При постоянном давлении напряжение, необходимое для удержания постоянной скорости пластического деформирования, остается постоянным. При данной методике можно развивать в исследуемых материалах при давлении выше пороговых пластические деформации в большом диапазоне без нарушения сплошности образцов. В нашем случае пластическая деформация относится не к единичным частицам, из которых состоит смесь, а ко всему образцу, который представляет собой цилиндр. Для данной схемы воздействия и геометрии образцов необходимо применять представления о деформациях кручения при воздействии скручивающих напряжений на цилиндрическое тело. Указанные деформации можно охарактеризовать отношением длины винтовой линии, в которую при деформировании трансформируется образующая цилиндра, к начальной высоте цилиндра (Жорин В.А., Усиченко В.М., Епиколонян Н.С. // Высокомолекулярные соединения, 1982, Т. 24, №9, с. 1889-1893). Пластическое течение на аппаратуре данного типа реализуется в том случае, когда сила поверхностного трения больше или равна пределу текучести обрабатываемого материала. Такое соотношение для исследуемых смесей возникает при давлениях порядка 1.65 ГПа и относительной деформации 19. При меньших давлениях и относительной деформации сжимающего вещества наковальня и пуансон проскальзывают по поверхности вещества и исходные порошкообразные материалы так и остаются в виде порошка. При давлениях выше 1.65 ГПа порошкообразные материалы компактируются, т.е. составляющие части подвергаются пластическому деформированию. При относительной деформации менее 19 единиц получается недостаточное равномерное перемешивание компонентов, что приводит к снижению дисперсности титаната лития и электрохимических параметров анода на его основе. При относительной деформации более 21 единиц после термообработки полученной смеси образуется фаза титаната лития с размерами частиц более 100 нм, что усложняет процесс диффузии иона лития по твердой фазе в процессе разряда аккумулятора и, соответственно, приводит к снижению разрядной емкости анода. При температуре ниже 700°C не получается фазово-однородный продукт: образуется титанат лития с небольшими количествами примеси TiO2. При температуре выше 700°C образуется титанат лития с небольшими количествами примеси Li2TiO3. Примеси отличаются меньшими коэффициентами диффузии иона лития и, соответственно, повышенными поляризационными потерями. 6 часов достаточно для полного преобразования смеси в нанодисперсную фазу титаната лития: размер частиц 60-70 нм. Таким образом, выход вышеописанных параметров за указанные пределы приводит к снижению эффективности способа.

Реализация указанного способа позволяет увеличить емкость анодов и их ресурс на 15-20%, а также значительно повысить воспроизводимость результатов при массовом производстве. Для осуществления способа необходимы пресс, пуансон, наковальня и муфельная печь.

Пример 1. 0.650 г смеси TiO2 и LiOH в соотношении 4:1 перемешивали в сухом виде в течение пятнадцати секунд в керамической чашке. Полученную смесь подвергали относительной деформации величиной 21 при давлении 1.65 ГПа. После этого полученную массу помещали в муфельную печь, где выдерживали при температуре 700°C в течение 6 часов в воздушной атмосфере. Затем изготавливали анод аккумулятора: 0.495 г анодной массы с содержанием титаната лития (размер частиц 70 нм), сажи и фторопласта в соотношении 85:10:5, соединяли с токоотводом. После сборки аккумулятора Li4Ti5O12-LiCoO2 в типоразмере 2325 его разрядная емкость составила 65 мА⋅ч в диапазоне напряжения 3.5-2.0 В на протяжении 120 циклов.

Пример 2. 0.710 г смеси TiO2 и LiOH в соотношении 4:1 перемешивали в сухом виде в течение пятнадцати секунд в керамической чашке. Полученную смесь подвергали относительной деформации величиной 20 при давлении 1.65 ГПа. После этого полученную массу помещали в муфельную печь, где выдерживали при температуре 700°C в течение 6 часов в воздушной атмосфере. Затем изготавливали анод аккумулятора: 0.530 г анодной массы с содержанием титаната лития (размер частиц 65 нм), сажи и фторопласта в соотношении 85:10:5, соединяли с токоотводом. После сборки аккумулятора Li4Ti5O12-LiCoO2 в типоразмере 2325 его разрядная емкость составила 76 мА⋅ч в диапазоне напряжения 3.5-2.0 В на протяжении 130 циклов.

Пример 3.0.700 г смеси TiO2 и LiOH в соотношении 4:1 перемешивали в сухом виде в течение пятнадцати секунд в керамической чашке. Полученную смесь подвергали относительной деформации величиной 18 при давлении 1.65 ГПа. После этого полученную массу помещали в муфельную печь, где выдерживали при температуре 700°C в течение 6 часов в воздушной атмосфере. Затем изготавливали анод аккумулятора: 0.535 г анодной массы с содержанием титаната лития (размер частиц 60 нм), сажи и фторопласта в соотношении 85:10:5, соединяли с токоотводом. После сборки аккумулятора Li4Ti5O12-LiCoO2 в типоразмере 2325 его разрядная емкость составила 78 мА⋅ч в диапазоне напряжения 3.5-2.0 В на протяжении 140 циклов.

Во всех случаях аккумуляторы удовлетворяли требованиям ГОСТ по емкости, разрядному напряжению и ресурсу.

Способ изготовления активной массы анода литиевого аккумулятора, в котором проводят смешение диоксида титана с гидрооксидом лития в сухом виде, механоактивацию и термообработку, отличающийся тем, что механоактивацию проводят в процессе пластического течения при кручении под давлением 1.65 ГПа и величинах относительной деформации 19-21, а термообработку проводят при температуре 700°С в течение 6 часов в воздушной атмосфере.
Способ изготовления активной массы анода литиевого аккумулятора
Способ изготовления активной массы анода литиевого аккумулятора
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 121-130 of 208 items.
29.03.2019
№219.016.ee64

Способ управления фазоповоротным устройством

Изобретение относится к фазоповоротным устройствам (ФПУ), относящимся к области электротехники и электроэнергетики. Техническим результатом является повышение надежности работы ФПУ за счет обеспечения переключения тиристорных ключей тиристорного коммутатора в широком диапазоне изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682852
Дата охранного документа: 21.03.2019
30.03.2019
№219.016.f952

Способ диагностики эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока

Изобретение относится к способу диагностики эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока. Способ основан на измерении емкости относительно ротора в четырех расположенных равномерно по окружности точках, сравнении значений емкостей в диаметрально противоположно расположенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683583
Дата охранного документа: 29.03.2019
13.04.2019
№219.017.0c4d

Фотоэлектрический модуль

Изобретение относится к области гелиоэнергетики и касается фотоэлектрического модуля. Фотоэлектрический модуль включает в себя корпус с боковыми стенками, прозрачную фронтальную стенку с линзой Френеля, расположенной на внутренней ее стороне, фотоэлектрические преобразователи с различной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684685
Дата охранного документа: 11.04.2019
19.04.2019
№219.017.1ce9

Двухъярусная ступень с неразъемной вильчатой лопаткой

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и призвано повысить экономичность двухъярусных ступеней, используемых в качестве предпоследних ступеней в цилиндрах низкого давления (ЦНД) конденсационных турбин. В двухъярусной ступени для цилиндра низкого давления мощной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685162
Дата охранного документа: 16.04.2019
27.04.2019
№219.017.3c4a

Фотоэлектрический модуль

Изобретение относится к области концентраторных солнечных фотоэлектрических преобразователей, применяемых на наземных гелиоэнергетических установках. Согласно изобретению в известном фотоэлектрическом модуле, содержащем корпус с боковыми стенками, прозрачную фронтальную стенку с линзой Френеля,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686123
Дата охранного документа: 24.04.2019
27.04.2019
№219.017.3cfb

Охлаждаемая лопатка газовой турбины

Охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо, выполненное в виде передней и задней полости, разделенных радиальной перегородкой. В передней полости установлен передний дефлектор, в задней полости - задний дефлектор. В переднем дефлекторе выполнены отверстия струйного охлаждения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686244
Дата охранного документа: 24.04.2019
27.04.2019
№219.017.3d25

Охлаждаемая лопатка газовой турбины

Охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо с входной и выходной кромками, замковую часть и торцевую стенку. В полом пере установлена перегородка. Между стенкой входной кромки и перегородкой расположен канал охлаждения входной кромки, а между торцевой стенкой и перегородкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686245
Дата охранного документа: 24.04.2019
27.04.2019
№219.017.3d3b

Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем, подключенным к силовой сети через преобразователь частоты. Техническим результатом является уменьшение установленной мощности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686304
Дата охранного документа: 25.04.2019
27.04.2019
№219.017.3dac

Цифровой управляющий гидрораспределитель

Цифровой управляющий гидрораспределитель относится к области машиностроительной гидравлики, в частности к управляющим гидравлическим аппаратам с пропорциональным управлением, и может быть использован в различных электрогидравлических приводах стационарных систем. Гидрораспределитель содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686242
Дата охранного документа: 24.04.2019
14.05.2019
№219.017.5184

Лимитер

Изобретение относится к оборудованию для оснащения термоядерных реакторов типа токамак. Лимитер содержит емкость 1, заполненную литием 2 и имеющую тепловой контакт с оммическим или СВЧ-нагревателями 3, кольцо 4, зафиксированное вращающимися опорами 5, неподвижно закрепленными на корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687292
Дата охранного документа: 13.05.2019
Showing 1-10 of 10 items.
20.07.2013
№216.012.583c

Способ изготовления катода литиевого источника тока

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве литиевых источников тока. Повышение технологичности процесса изготовления катода при увеличении его разрядной емкости является техническим результатом предложенного изобретения. Указанный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488196
Дата охранного документа: 20.07.2013
10.03.2016
№216.014.be4f

Управляемый подмагничиванием трансформатор

Изобретение относится к электротехнике, к управляемым источникам реактивной мощности, может быть использовано для компенсации реактивной мощности в узлах сети высокого напряжения и стабилизации напряжения и предназначено для использования одновременно в качестве трансформатора, если напряжение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576630
Дата охранного документа: 10.03.2016
20.08.2016
№216.015.4a79

Гель-полимерный электролит для литиевых источников тока

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также суперконденсаторов. Повышение удельной электрической проводимости гель-полимерного электролита, обеспечение его химической и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594763
Дата охранного документа: 20.08.2016
25.08.2017
№217.015.b28b

Гельполимерный электролит для литиевых источников тока

Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно к гельполимерному электролиту, который может быть использован при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Техническим результатом изобретения является увеличение гомогенности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614040
Дата охранного документа: 22.03.2017
29.03.2019
№219.016.f439

Способ изготовления деталей из листовых заготовок с выступами в виде тел вращения

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей локальным деформированием с применением местного нагрева. На нижний электрод машины для контактной точечной сварки устанавливают матрицу формовочного приспособления, а на верхний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002325966
Дата охранного документа: 10.06.2008
19.04.2019
№219.017.31a5

Способ изготовления активной массы катода литиевого источника тока

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых аккумуляторов с катодами на основе литий-железо фосфатов. Техническим результатом является упрощение процесса получения литий-железо фосфата, повышение его дисперсности, емкости и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002424599
Дата охранного документа: 20.07.2011
09.05.2019
№219.017.4ee0

Способ изготовления активной массы катода литиевого аккумулятора

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых аккумуляторов с катодами на основе литий-титан фосфатов. Техническим результатом является упрощение процесса получения литий-титан фосфата, повышение его дисперсности, емкости и ресурса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002424600
Дата охранного документа: 20.07.2011
15.05.2023
№223.018.5981

Гельполимерный электролит

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Увеличение гомогенности электролита и повышение коэффициента диффузии лития и механической прочности гельполимерного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002762828
Дата охранного документа: 23.12.2021
15.05.2023
№223.018.5982

Гельполимерный электролит

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Увеличение гомогенности электролита и повышение коэффициента диффузии лития и механической прочности гельполимерного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002762828
Дата охранного документа: 23.12.2021
23.05.2023
№223.018.6d66

Твердополимерный электролит

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости твердополимерного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002760559
Дата охранного документа: 29.11.2021
+ добавить свой РИД