×
12.01.2017
217.015.5aa8

Результат интеллектуальной деятельности: ЛИТИЙ-АЛЮМИНИЕВЫЙ АНОД

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Литий-алюминиевые аноды применяются в литиевых источниках тока (ЛИТ), которые используются в качестве источников питания длительного хранения и поддержки памяти; в сложном технологическом оборудовании, работающем по заданной программе; в системах учета и анализа расхода жидкостей и газов; в медицинской технике как наиболее надежные и компактные. Перспективным направлением в производстве химических источников тока и, в частности, ЛИТ является создание анодов пленочной конструкции. Предлагается литий-алюминиевый анод, включающий основу, содержащую порошок литий-алюминиевого сплава, отличающийся тем, что в качестве основы применяют полимерную пленку из вторичного ацетата целлюлозы (ВАЦ), наполненную порошком алюминия и порошком сплава LiAl, образованным при интеркалировании лития в наполненную порошком алюминия полимерную пленку. Полимерная основа ЛИТ обеспечивает пластичность материала, позволяет варьировать толщину электрода, обеспечивает равномерное распределение лития в слое и позволяет варьировать электрохимические характеристики. Повышение циклируемости литий-алюминиевого анода является техническим результатом изобретения. 1 табл., 3 пр.

Литий-алюминиевые аноды применяются в литиевых источниках тока (ЛИТ), которые используются в качестве источников питания длительного хранения и поддержки памяти; в сложном технологическом оборудовании, работающем по заданной программе; в системах учета и анализа расхода жидкостей и газов; в медицинской технике как наиболее надежные и компактные. Использование литиевых источников тока (ЛИТ) в имплантируемых кардиостимуляторах позволяет уменьшить размеры и массу аппаратуры, где эти параметры играют важную роль. Литиевые источники тока обеспечивают удельную энергию по массе до 330 Вт·ч/кг, что примерно в 3 раза выше, чем у ртутных и серебряных батарей, и примерно в 4 раза выше, чем у щелочно-марганцевых [1].

Перспективным направлением в производстве химических источников тока и, в частности, ЛИТ является создание анодов пленочной конструкции.

Известен тонкопленочный анод на основе пленок наноструктурированного кремния [2], покрытого двуокисью кремния, преимущественно для использования в литий-ионных аккумуляторах, работающих при большой плотности тока.

Недостатком такого анода можно считать сложность его получения: указанные наноструктурированные пленки получают магнетронным распылением кремниевой мишени в плазме, содержащей аргон, и контролируемые добавки кислорода, при этом наноструктурированный кремний в оболочке из двуокиси кремния образует кластерную структуру.

Известен анод в виде пленочного покрытия, полученный из тантал-алюминиевого сплава [3]. Формирование анода осуществляют ионно-плазменным распылением одновременно мишеней из тантала и алюминия и послойным осаждением их на подложку в виде чередующихся слоев, толщина которых не превышает 1-го расчетного периода кристаллической решетки для тантала и 3-х расчетных периодов для алюминия.

Недостатком этого анода можно также считать сложность получения.

Известен анод на основе алюминиевой основы в литийсодержащем неводном апротонном органическом электролите при потенциале катодной поляризации минус 2,9 В (относительно хлорсеребряного электрода сравнения) [4], выбранный нами за прототип. Основа анода выполнена из алюминия или его сплавов, имеющих модифицирующий поверхностный слой из порошка литий-алюминиевого сплава. К сожалению, механическая прочность модифицирующего слоя литий-алюминиевого сплава недостаточна: вследствие резкого изменения удельного объема сплава, увеличения массы сплава происходит его механическое разрушение и снижение удельных характеристик. Например, удельный объем LiAl почти вдвое превышает удельный объем чистого алюминия и при циклировании происходит механическое разрушение электрода.

Задача изобретения - устранить недостатки прототипа, обеспечить механическую прочность при циклировании, пластичность, регулирование толщины электрода, увеличение истинной поверхности активного материала анода (LiAl), равномерное распределение его в полимерной матрице, стабильность характеристик.

Это достигается тем, что в литий-алюминиевом аноде, включающем основу, содержащую порошок литий-алюминиевого сплава, в качестве основы применяют полимерную пленку из вторичного ацетата целлюлозы (ВАЦ), наполненную порошком алюминия и порошком сплава LiAl, образованным при интеркалировании лития в наполненную порошком алюминия полимерную пленку, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Вторичный ацетат целлюлозы (ВАЦ) 47,06-88,71
Порошок алюминия 5,04-23,52
Порошок сплава LiAl 6,25-29,42

В таблице 1 представлены электрохимические характеристики предлагаемого литий-алюминиевого анода. Анод готовят в два этапа.

Первый этап: готовят полимерную пленку из ВАЦ и наполняют ее порошком алюминия. Для получения полимерной пленки используют суспензию алюминиевого порошка в растворе ВАЦ в ацетоне. Состав суспензии, мас.%:

Вторичный ацетат целлюлозы 9,1
Алюминиевый порошок 9,1
Ацетон 81,8

В тщательно перемешанный раствор ВАЦ в ацетоне вводят алюминиевый порошок и перемешивают до гомогенного состояния (до равномерного распределения порошка алюминия в растворе ВАЦ в ацетоне). Полученную суспензию помещают в пришлифованные к ровной стеклянной поверхности формы и сушат в вакуумном шкафу 24 часа при температуре 20-22°С до полного испарения ацетона.

Второй этап: вводят в полимерную пленку из ВАЦ, наполненную алюминием, порошок сплава LiAl электрохимическим способом, т.е. проводят интеркалирование ионов лития в полимерную пленку, наполненную алюминиевым порошком, который взаимодействует с интеркалированными ионами лития, и получают сплав LiAl.

Были получены пленочные композиционные LiAl аноды в полимерной матрице из ВАЦ, содержащие алюминиевый порошок в интервале 5,04-23,52 мас.% после интеркаляции и порошок сплава LiAl, соответственно толщина пленок изменялась в интервале 0,52-1,34 мм. Сопротивление пленочных электродов возрастает при этом в 2 раза (от 227 Ом при 5,04 мас.% Al до 410 Ом при 23,52 мас.% Аl). Потенциал LiAl(ВАЦ) электрода относительно литиевого электрода сравнения в литийпроводящем твердом электролите составляет □(3,83±0,05) В; по водородной шкале это соответствует значению □(3,93±0,03) В.

При содержании алюминиевого порошка меньше 5,04 мас.% равномерное распределение его в составе пленки не достигается и нарушаются токопроводящие пути, при содержании алюминиевого порошка более 23,52 мас.% пленочный композиционный LiAl анод становится хрупким и разрушается.

Пример 1

После интеркаляции лития в наполненную порошком алюминия полимерную пленку из вторичного ацетата целлюлозы образуется порошок сплава LiAl.

Таким образом, состав анода, мас.%

Вторичный ацетат целлюлозы 88,71
Порошок Al 5,04
Порошок LiAl 6,25

Сопротивление пленки 227 Ом, проводимость 3,5·10-3 См/см.

Пример 2

Состав анода (% масс.)

Вторичный ацетат целлюлозы 70.96
Порошок Al 12,91
Порошок LiAl 16,13

Сопротивление пленки 269 Ом, проводимость 6.2·10-3 См/см.

Пример 3

Состав анода, мас.%

Вторичный ацетат целлюлозы 47,06
Порошок Al 23,52
Порошок LiAl 29,42

Пример 3 отвечает получению анода с оптимальными свойствами

Сопротивление пленки 370 Ом, проводимость 9,2·10-3 См/см.

Если навеска порошка алюминия меньше чем 5,04 мас.%, то не удается получить однородное распределения порошка в пленке.

Таким образом, полимерная основа ЛИТ обеспечивает пластичность материала, позволяет варьировать толщину электрода, обеспечивает равномерное распределение лития в слое и позволяет варьировать электрохимические характеристики.

Источники информации

1. Скундин A.M. Литий-ионные аккумуляторы: современное состояние, проблемы и перспективы / Электрохимическая энергетика, 2001. - Т. 1, №1-2. - С. 5-15.

2. Патент №2474011 РФ, МКП6 Н01М 4/04. Способ изготовления тонкопленочного анода литий-ионных аккумуляторов на основе пленок наноструктурированного кремния, покрытого двуокисью кремния / Рудый А.С., Бердников А.Е., Мироненко А.А., Гусев В.Н., Геращенко В.Н., Метлицкая А.В., Скундин A.M., Кулова Т.Л. - Заявка: 2011147977/07, 24.11.2011.

3. Патент №2271051 РФ, МКП6 H01G 9/04. Способ изготовления анода электролитического конденсатора из тантала / Тулеушев А.Ж., Тулеушев Ю.Ж., Володин В.Н. - Заявка: 2004124038/09, 05.08.2004.

4. Патент №2082261 РФ, МКП6 Н01М 4/46, Н01М 10/40. Способ получения анода перезаряжаемого литиевого источника тока / Попова С.С., Ольшанская Л.П., Шугайкина С.М., Кузнецова Н.А. - Заявка: 95100627/07, 17.01.1995.

Литий-алюминиевый анод, включающий основу, содержащую порошок литий-алюминиевого сплава, отличающийся тем, что в качестве основы применяют полимерную пленку из вторичного ацетата целлюлозы (ВАЦ), наполненную порошком алюминия и порошком сплава LiAl, образованным при интеркалировании лития в наполненную порошком алюминия полимерную пленку, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 18.
27.06.2014
№216.012.d96e

Заливочный компаунд

Изобретение относится к электроизоляционным заливочным компаундам, в частности для создания монолитного основания радиотехнических схем. Заливочный компаунд включает эпоксидную диановую смолу ЭД-20 в количестве 100 масс. ч., отвердитель, пластификатор - трихлорэтилфосфат (ТХЭФ) и наполнитель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521440
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.da02

Эпоксидный компаунд

Изобретение относится к компаундам на основе термореактивных смол и может быть использовано для пропитки и герметизации конденсаторов, обмоток транзисторов, трансформаторов в различных отраслях промышленности. Эпоксидный компаунд включает, масс.ч.: эпоксидную диановую смолу ЭД-20 - 100,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521588
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.dced

Заливочный состав для пожаробезопасного остекления

Изобретение относится к средствам защиты зданий и сооружений от природных и техногенных экстремальных ситуаций, а именно к пожаробезопасным светопрозрачным строительным конструкциям, и может быть использовано в качестве огнезащитной прослойки при производстве огнезащитного остекления различных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522335
Дата охранного документа: 10.07.2014
27.07.2014
№216.012.e4eb

Композиция для получения катионообменного волокнистого материала

Изобретение относится к композиции, предназначенной для получения катионообменного волокнистого материала, используемого в процессах водоподготовки и при очистке промышленных сточных вод. Композиция также применяется для умягчения и деминерализации технической воды, в производстве синтетических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524393
Дата охранного документа: 27.07.2014
10.12.2014
№216.013.0d80

Способ разработки нефтяной залежи

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к способам разработки нефтяных залежей с трудноизвлекаемыми запасами нефти с использованием тепловых методов воздействия на залежь. Технический результат - повышение эффективности способа при разработке залежей с нефтями нормальной и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534873
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.12.2014
№216.013.15cc

Сорбент для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов. Предложен сорбент, состоящий из двух компонентов: термообработанной при 250-300С шелухи подсолнечника и отхода керамического производства, содержащего оксид алюминия. Изобретение обеспечивает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537004
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.01.2015
№216.013.1abb

Способ получения армированного полимерного композиционного материала

Способ получения армированного полимерного композиционного материала включает пропитку волокнистого наполнителя смесью эпоксидной смолы ЭД-20, отвердителя полиэтиленполиамина при массовом соотношении 9:1, формование пучка из отдельно пропитанных технических нитей, термическую обработку при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538271
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.22f9

Полиэтиленовая композиция

Изобретение относится к полиэтиленовой композиции, предназначенной для получения трудногорючих конструкционных материалов общетехнического и инженерно-технического назначения. Композиция содержит полиэтилен высокой плотности и наполнитель с размерами частиц 0,145-0,315 мм и в количестве 30-50...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540406
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.262b

Расточной инструмент

Расточной инструмент содержит рабочую часть с режущей пластиной и соединенный с ней корпус, имеющий полость, в которой размещено демпфирующее устройство, содержащее опорный стержень, на крайних частях которого зафиксированы упругие элементы, на средней части опорного стержня с возможностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541224
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.03.2015
№216.013.327c

Конденсатоотводчик

Изобретение относится к средствам для удаления конденсата из теплообменных аппаратов, где в качестве греющего теплоносителя применяется пар, и может быть использовано, в частности, для удаления жидкой фазы из газожидкостных систем. Конденсатоотводчик содержит вертикальный цилиндрический корпус...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544399
Дата охранного документа: 20.03.2015
Показаны записи 1-10 из 18.
27.02.2014
№216.012.a658

Способ получения полимерного пресс-материала

Изобретение относится к способу получения полимерного пресс-материала с ионообменными свойствами. Способ получения заключается в том, что полиакрилонитрильное (ПАН) волокно пропитывают смесью мономеров и осуществляют синтез смолы на поверхности и в структуре ПАН волокна в течение 30 мин. Далее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508299
Дата охранного документа: 27.02.2014
27.06.2014
№216.012.d96e

Заливочный компаунд

Изобретение относится к электроизоляционным заливочным компаундам, в частности для создания монолитного основания радиотехнических схем. Заливочный компаунд включает эпоксидную диановую смолу ЭД-20 в количестве 100 масс. ч., отвердитель, пластификатор - трихлорэтилфосфат (ТХЭФ) и наполнитель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521440
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.da02

Эпоксидный компаунд

Изобретение относится к компаундам на основе термореактивных смол и может быть использовано для пропитки и герметизации конденсаторов, обмоток транзисторов, трансформаторов в различных отраслях промышленности. Эпоксидный компаунд включает, масс.ч.: эпоксидную диановую смолу ЭД-20 - 100,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521588
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.dced

Заливочный состав для пожаробезопасного остекления

Изобретение относится к средствам защиты зданий и сооружений от природных и техногенных экстремальных ситуаций, а именно к пожаробезопасным светопрозрачным строительным конструкциям, и может быть использовано в качестве огнезащитной прослойки при производстве огнезащитного остекления различных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522335
Дата охранного документа: 10.07.2014
27.07.2014
№216.012.e4eb

Композиция для получения катионообменного волокнистого материала

Изобретение относится к композиции, предназначенной для получения катионообменного волокнистого материала, используемого в процессах водоподготовки и при очистке промышленных сточных вод. Композиция также применяется для умягчения и деминерализации технической воды, в производстве синтетических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524393
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.12.2014
№216.013.15cc

Сорбент для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов. Предложен сорбент, состоящий из двух компонентов: термообработанной при 250-300С шелухи подсолнечника и отхода керамического производства, содержащего оксид алюминия. Изобретение обеспечивает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537004
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.01.2015
№216.013.1abb

Способ получения армированного полимерного композиционного материала

Способ получения армированного полимерного композиционного материала включает пропитку волокнистого наполнителя смесью эпоксидной смолы ЭД-20, отвердителя полиэтиленполиамина при массовом соотношении 9:1, формование пучка из отдельно пропитанных технических нитей, термическую обработку при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538271
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.22f9

Полиэтиленовая композиция

Изобретение относится к полиэтиленовой композиции, предназначенной для получения трудногорючих конструкционных материалов общетехнического и инженерно-технического назначения. Композиция содержит полиэтилен высокой плотности и наполнитель с размерами частиц 0,145-0,315 мм и в количестве 30-50...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540406
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.262b

Расточной инструмент

Расточной инструмент содержит рабочую часть с режущей пластиной и соединенный с ней корпус, имеющий полость, в которой размещено демпфирующее устройство, содержащее опорный стержень, на крайних частях которого зафиксированы упругие элементы, на средней части опорного стержня с возможностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541224
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.03.2015
№216.013.327c

Конденсатоотводчик

Изобретение относится к средствам для удаления конденсата из теплообменных аппаратов, где в качестве греющего теплоносителя применяется пар, и может быть использовано, в частности, для удаления жидкой фазы из газожидкостных систем. Конденсатоотводчик содержит вертикальный цилиндрический корпус...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544399
Дата охранного документа: 20.03.2015
+ добавить свой РИД