×
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 31-40 of 208 items.
26.08.2017
№217.015.da71

Установка для определения темпов изменения температуры пород недр

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для определения темпов изменения температуры пород недр при извлечении или аккумулировании тепловой энергии. Предложена установка для определения темпов изменения температуры пород недр, которая содержит первый образец 1, включающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623824
Дата охранного документа: 29.06.2017
26.08.2017
№217.015.df5e

Абсорбционная холодильная машина со встроенной теплонасосной установкой

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к абсорбционным холодильным машинам. Абсорбционная холодильная машина со встроенной теплонасосной установкой содержит блок генератора с первым конденсатором и блок абсорбера с первым испарителем. Первый конденсатор первого блока соединен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625073
Дата охранного документа: 11.07.2017
26.08.2017
№217.015.e1e9

Топка парогенератора

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при разработке парогенераторов с пылевым сжиганием углей. Топка парогенератора содержит горизонтальную камеру сгорания, ограниченную двумя вертикальными экранированными боковыми стенками, вертикальной экранированной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625887
Дата охранного документа: 19.07.2017
26.08.2017
№217.015.e370

Способ нагрева шихты в высокотемпературной печи

Изобретение относится к технологии производства абразивных материалов путем нагрева в высокотемпературной печи. В способе нагрева шихты в высокотемпературной печи (1), при котором в ванну печи, днище которой выполнено со скошенными углами, послойно загружают шихту и керн (2) , выполненный из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626382
Дата охранного документа: 26.07.2017
26.08.2017
№217.015.e373

Лопаточная решетка турбомашины

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано при конструировании ступеней паровых и газовых турбин, компрессоров и направлено на повышение аэродинамической эффективности лопаточной решетки турбомашины. Лопаточная решетка турбомашины содержит лопатки, установленные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626285
Дата охранного документа: 25.07.2017
26.08.2017
№217.015.e992

Узел катода магнетронного распылителя

Изобретение относится к узлу катода магнетронного распылителя. Узел содержит мишень 1, закрепленную в стенках корпуса 4, первый электростатический экран 7, установленный с внешней стороны стенок корпуса 4 и основания 5. Со стороны внутренней поверхности 3 мишени 1 установлена пластина 10,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627820
Дата охранного документа: 11.08.2017
26.08.2017
№217.015.edaf

Газотурбинная установка

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинная установка, содержащая соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор, камеру сгорания и турбину, выходной вал которой соединен с электрогенератором, статорные обмотки которого соединены с энергосистемой, дополнительно снабжена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628851
Дата охранного документа: 22.08.2017
29.12.2017
№217.015.f1bb

Способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом ренкина

Изобретение относится к энергетике. Способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина может быть использован на атомных электрических станциях (АЭС) и тепловых электрических станциях (ТЭС). В способе работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина, по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636953
Дата охранного документа: 29.11.2017
29.12.2017
№217.015.f20e

Способ защиты корпуса ядерного реактора при тяжелой аварии от тепловой нагрузки расплава активной зоны и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу защиты корпуса ядерного реактора при тяжелой аварии от тепловой нагрузки расплава активной зоны. В заявленном известном способе защиты корпуса ядерного реактора при тяжелой аварии от тепловой нагрузки расплава активной зоны, расположенного в нижней части корпуса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636746
Дата охранного документа: 28.11.2017
29.12.2017
№217.015.f308

Диффузор

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к выхлопным диффузорам турбомашин. Диффузор содержит внешний обвод 1, выполненный коническим, на внутренней стороне которого выполнено оребрение, содержащее основные ребра 2 и вспомогательные ребра 3. Основные ребра 2 выполнены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637421
Дата охранного документа: 04.12.2017
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