RU2012950C1 - Process of manufacture of active masses for electrodes of storage cells - Google Patents
Process of manufacture of active masses for electrodes of storage cells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2012950C1 RU2012950C1 SU914942245A SU4942245A RU2012950C1 RU 2012950 C1 RU2012950 C1 RU 2012950C1 SU 914942245 A SU914942245 A SU 914942245A SU 4942245 A SU4942245 A SU 4942245A RU 2012950 C1 RU2012950 C1 RU 2012950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- battery
- active mass
- lead
- water
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 9
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 title abstract 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 5
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 claims description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 11
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 11
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 10
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 9
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 3
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N dioxolead Chemical compound O=[Pb]=O YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 230000019635 sulfation Effects 0.000 description 2
- 238000005670 sulfation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WBYRVEAPTWYNOX-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Cd] Chemical compound [Fe].[Cd] WBYRVEAPTWYNOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L barium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ba+2] RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001863 barium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001680 bayerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- PLLZRTNVEXYBNA-UHFFFAOYSA-L cadmium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Cd+2] PLLZRTNVEXYBNA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Cd+2] CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011363 dried mixture Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 229910052598 goethite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M hydroxy(oxo)iron Chemical compound [O][Fe]O AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 150000002611 lead compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аккумуляторостроению, в частности к технологии изготовления электродов аккумуляторов, и может быть использовано в производстве электродов свинцово-кислотных и щелочных аккумуляторов. The invention relates to battery manufacturing, in particular to a technology for the manufacture of battery electrodes, and can be used in the production of lead acid and alkaline battery electrodes.
Известны способы получения активных масс для электродов аккумуляторов путем приготовления высокодисперсного активированного порошка основного материала активной массы, смешивания его с водой, введения в смесь других компонентов активной массы и перемешивания. Known methods for producing active masses for battery electrodes by preparing a highly dispersed activated powder of the active material base material, mixing it with water, introducing other active mass components into the mixture and mixing.
Полученные активные массы используют для изготовления электродов аккумуляторов. Для этого либо намазывают влажную активную массу в виде пасты на металлическую решетку электрода, либо запрессовывают высушенную активную массу в ламели электродов. The resulting active masses are used for the manufacture of battery electrodes. To do this, either wet wet mass in the form of a paste is smeared on the metal grid of the electrode, or the dried active mass is pressed into the lamella of the electrodes.
Эти способы отличаются большой трудоемкостью, длительностью и сложностью технологического процесса, применением в нем едких и вредных для здоровья людей веществ и значительным пылеобразованием и паровыделением, что ухудшает условия труда и загрязняет окружающую среду. Получаемые электроды аккумуляторов не всегда имеют достаточно хорошие эксплуатационные свойства и не обеспечивают высокую долговечность аккумуляторов. Обусловлено это в основном тем, что в ходе сложного технологического процесса получения активных масс они загрязняются примесями вредных для электродов аккумуляторов веществ (чаще всего железа), попадающими в активные массы в результате износа деталей технологического оборудования, контактирующих с активными массами. These methods are notable for their high laboriousness, duration and complexity of the technological process, the use of substances that are corrosive and harmful to human health, and significant dust formation and steam emission, which worsen working conditions and pollute the environment. The resulting battery electrodes do not always have good enough performance properties and do not provide high battery life. This is mainly due to the fact that during a complex technological process for obtaining active masses, they are contaminated with impurities of substances harmful to the electrodes of batteries (most often iron) that enter the active masses as a result of wear of parts of technological equipment in contact with the active masses.
Известен, например, способ получения активной массы для отрицательных электродов никель-железного щелочного аккумулятора. По этому способу активную массу получают из магнетитовой железной руды. Руду измельчают механическим помолом до 44 мкм, обогащают мокрой магнитной сепарацией, а затем обрабатывают 5% -ным раствором серной кислоты при 60-100оС в течение 1 ч для удаления выщелачиванием примесей кремния, магния, кальция, марганца и титана, ухудшающих работу аккумулятора. Расход раствора серной кислоты составляет 4-6 кг на 1 кг руды. После этого в полученную массу добавляют при перемешивании связующие добавки, подсушивают смесь, и полученную активную массу используют в производстве электродов аккумулятоpов.Known, for example, is a method of producing an active mass for negative electrodes of a nickel-iron alkaline battery. According to this method, the active mass is obtained from magnetite iron ore. The ore is ground by mechanical grinding to 44 microns, enrich wet magnetic separation, and then treated with a 5% solution of sulfuric acid at 60-100 ° C for 1 hour to remove the impurities by leaching of silicon, magnesium, calcium, manganese and titanium, which deteriorate the battery operation . The consumption of sulfuric acid solution is 4-6 kg per 1 kg of ore. After that, binders are added to the resulting mass with stirring, the mixture is dried, and the resulting active mass is used in the manufacture of battery electrodes.
Недостатком этого способа является вредность и опасность технологического процесса из-за участия в нем больших объемов серной кислоты, нагретой до высокой температуры, что вызывает вредные испарения. Другим недостатком является наличие загрязненных кислых сточных вод. Качество продукта получается недостаточно высоким из-за сравнительной низкой дисперсности порошка, получаемого механическим помолом, и наличия в нем невыщелоченных следов вредных примесей. The disadvantage of this method is the harmfulness and danger of the process due to the participation in it of large volumes of sulfuric acid, heated to a high temperature, which causes harmful fumes. Another disadvantage is the presence of contaminated acidic wastewater. The quality of the product is not high enough due to the relatively low dispersion of the powder obtained by mechanical grinding, and the presence in it of unleached traces of harmful impurities.
Наиболее близким к предлагаемому (прототип) является способ получения активных масс для электродов свинцовых кислотных аккумуляторов. Этот способ наиболее широко распространен на аккумуляторных заводах в производстве стартерных аккумуляторов для автомобилей. По этому способу смешивают с водой сильно окисленный сухой свинцовый порошок. В смесь вводят слабый раствор серной кислоты ( с плотностью 1,07 г/см3). После перемешивания в течение 5-10 мин добавляют более концентрированный раствор серной кислоты (имеющий плотность 1,4 г/см3). Это делают для придания получаемой пасте свойства липкости, необходимого для удержания пасты на решетке электрода при последующей намазке, а высушенной активной массе свойства сцепляемости с металлом решетки электрода. Еще раз перемешав смесь, добавляют в нее (при получении активной массы для положительных электродов аккумуляторов) связующее - мелко нарезанное синтетическое волокно или (при получении активной массы для отрицательных электродов) - то же связующее, расширитель и ингибитор. Затем после 20-30 мин перемешивания добавляют в смесь корректировочную воду (0,2-0,3% от массы пасты) и осуществляют домешивание. Получаемые таким путем пасты для намазки положительных электродов имеют плотность 4-4,3 г/см3 и содержат 35-40 г серной кислоты на 1 кг порошка, а пасты для намазки отрицательных электродов имеют плотность 4,2-4,5 г/см3 и содержат 30-38 г серной кислоты на 1 кг порошка. Полученные пасты намазывают на свинцовые решетки электродов аккумуляторов, прокатывают их в вальцах для уплотнения и придания рельефа поверхности. После этого электроды выдерживают 2-3 сут на воздухе (или же подвергают карбонизации обработкой раствором углекислого аммония) для предотвращения усадки и растрескивания свеженамазанной массы. Затем электроды подвергают горячей сушке в потоке подогретого воздуха при 80-120оС. Высушенные электроды подвергают формировке в электролите (слабом растворе серной кислоты), пропуская через него постоянный электрический ток с плотностью на электродах не менее 2А/дм2. При формировке на отрицательных электродах происходит электрохимическое восстановление соединений двухвалентного свинца. содержащихся в высушенной пасте, до металлического губчатого свинца, являющегося активным веществом отрицательного электрода при разpяде аккумулятора. На положительных электродах при формировке идет образование и накопление двуокиси свинца, которая служит активным веществом положительного электрода при разряде аккумулятора. После формировки электроды высушивают в потоке сухого воздуха и отправляют на сборку аккумуляторов или на хранение.Closest to the proposed (prototype) is a method for producing active masses for electrodes of lead acid batteries. This method is most widely used in battery factories in the production of starter batteries for automobiles. According to this method, strongly oxidized dry lead powder is mixed with water. A weak solution of sulfuric acid (with a density of 1.07 g / cm 3 ) is introduced into the mixture. After stirring for 5-10 minutes, a more concentrated solution of sulfuric acid (having a density of 1.4 g / cm 3 ) is added. This is done to give the paste obtained the stickiness required to hold the paste on the electrode grid during subsequent spreading, and the dried active mass to adhere to the metal of the electrode grid. After mixing the mixture again, add to it (upon receipt of the active mass for the positive electrodes of the batteries) a binder - finely chopped synthetic fiber or (upon receipt of the active mass for negative electrodes) - the same binder, expander and inhibitor. Then, after 20-30 minutes of stirring, corrective water (0.2-0.3% by weight of the paste) is added to the mixture and mixing is carried out. Obtained in this way, pastes for spreading positive electrodes have a density of 4-4.3 g / cm 3 and contain 35-40 g of sulfuric acid per 1 kg of powder, and pastes for spreading negative electrodes have a density of 4.2-4.5 g / cm 3 and contain 30-38 g of sulfuric acid per 1 kg of powder. The resulting pastes are smeared on lead gratings of the electrodes of the batteries, rolled in rolls for compaction and surface relief. After that, the electrodes are kept for 2-3 days in air (or they are carbonized by treatment with a solution of ammonium carbonate) to prevent shrinkage and cracking of the freshly smeared mass. Then the electrodes is subjected to hot drying in a stream of heated air at 80-120 ° C. The dried electrode is subjected formirovke in an electrolyte (dilute solution of sulfuric acid), passing through it with a constant electric current density at the electrodes is not less than 2A / dm 2. When negative electrodes are formed, electrochemical reduction of divalent lead compounds occurs. contained in the dried paste, to metallic sponge lead, which is the active substance of the negative electrode when the battery is discharged. On the formation of positive electrodes, formation and accumulation of lead dioxide occurs, which serves as the active substance of the positive electrode during battery discharge. After forming, the electrodes are dried in a stream of dry air and sent to the battery assembly or storage.
Для приготовления намазочных паст для электродов аккумуляторов пригодны далеко не любые свинцовые порошки, а только полученные по особой, годами отработанной технологии. Их получают механическим помолом высокочистого металлического свинца в особых шаровых мельницах, в которых мелющими телами служат свинцовые шары. Помол осуществляют в среде воздуха при температуре до 180оС. При помоле свинец получают сложные ударно-сдвиговые деформации, которые ведут к возникновению у получаемого порошка электрохимической активности, обеспечивающей хорошую последующую работу этого материала в аккумуляторе. Во время помола металл получаемого порошка сильно окисляется в воздухе, струя которого выносит получаемый порошок из мельницы. Порошок улавливают в циклонах. Полученный таким путем порошок имеет размеры частиц 10 мкм и содержит 60-72 мас. % РbO.For the preparation of spreading pastes for battery electrodes, far from any lead powders are suitable, but only those obtained using a special technology developed over the years. They are obtained by mechanical grinding of high-purity metallic lead in special ball mills in which lead balls serve as grinding bodies. Milling is carried out in air at temperatures up to 180 C. When grinding lead is complicated shock-shear deformations which lead to the appearance of the resulting powder in electrochemical activity, which provides a good follow-up of this material in the battery. During grinding, the metal of the resulting powder is strongly oxidized in air, the jet of which removes the resulting powder from the mill. The powder is captured in cyclones. The powder obtained in this way has a particle size of 10 μm and contains 60-72 wt. % PbO.
Недостатком известного способа получения активных масс электродов свинцовых аккумуляторов является сложность технологии, обусловленная большим количеством операций и жесткими требованиями к технологическим режимам (температура, влажность, чистота сырья, время окисления, перемешивание, выдерживание, плотность растворов кислот и др. ). Требуется, чтобы содержание примесей железа в получаемой активной массе составляло не более 0,002 мас. % . Это выдвигает особые требования к футеровке мельниц для помола свинца и усложняет их конструкцию, а также требует специальной очистки используемой воды от примесей железа. С учетом того, что применяемые растворы серной кислоты легко растворяют конструкционное железо сосудов, мешалок, трубопроводов и арматуры, налагаются особые требования и на эти конструкционные элементы, что усложняет аппаратурное оформление производства. A disadvantage of the known method for producing the active masses of electrodes of lead batteries is the complexity of the technology, due to the large number of operations and stringent requirements for technological conditions (temperature, humidity, raw material purity, oxidation time, mixing, aging, density of acid solutions, etc.). It is required that the content of iron impurities in the resulting active mass is not more than 0.002 wt. % This puts forward special requirements for the lining of mills for grinding lead and complicates their design, and also requires special cleaning of the used water from iron impurities. Taking into account the fact that the sulfuric acid solutions used easily dissolve the structural iron of vessels, mixers, pipelines and fittings, special requirements are also imposed on these structural elements, which complicates the hardware design of the production.
Другим недостатком является большая вредность производства, обусловленная наличием высокодисперсной ядовитой свинцовой пыли в воздухе, а также применением больших количеств серной кислоты, испаряющейся в отрытый воздух на многих операциях технологического процесса. Это ведет к ухудшению условий труда и к сильному загpязнению окружающей среды. Кроме того, имеются большие затраты электроэнергии в производстве электродов по описанной технологии, особенно при операции формировки. Another disadvantage is the great harmfulness of production, due to the presence of highly dispersed poisonous lead dust in the air, as well as the use of large amounts of sulfuric acid, which evaporates into open air in many process operations. This leads to worsening working conditions and severe environmental pollution. In addition, there are high energy costs in the production of electrodes according to the described technology, especially during the forming operation.
Недостатком электродов свинцовых аккумуляторов, изготовленных по вышеописанной технологии, является низкий ресурс работы, обусловленный низкой механической прочностью и хрупкостью слоя высушенной активной массы на электродах. В этом слое невооруженным глазом видна сетка трещин, образующихся в результате усадки активной массы при сушке электродов после намазки и после формировки. Хрупкость активной массы обусловлена в основном наличием в ней сульфатов свинца. Особенно низок ресурс работы положительных электродов, составляющий у серийных стартерных аккумуляторов, выпускаемых на заводах Российской федерации, 300-400 циклов заряд - разряд. Это обусловлено оплыванием активной массы положительных электродов в ходе эксплуатации аккумуляторов, вызванным наличием в активной массе примесей железа. The disadvantage of the lead battery electrodes made by the above technology is the low service life due to the low mechanical strength and brittleness of the layer of dried active mass on the electrodes. In this layer, with a naked eye, a network of cracks is visible resulting from shrinkage of the active mass during drying of the electrodes after spreading and after formation. The fragility of the active mass is mainly due to the presence of lead sulfates in it. The service life of positive electrodes is especially low, which makes up to 300-400 charge-discharge cycles in serial starter batteries produced at plants of the Russian Federation. This is due to the pouring of the active mass of positive electrodes during battery operation, caused by the presence of iron impurities in the active mass.
Цель изобретения - подбор технологии приготовления смеси с водой порошка основного компонента активной массы электрода аккумулятора, которая позволила бы упростить технологический процесс, повысить его экологическую чистоту, улучшить условия труда, снизить энергозатраты и улучшить эксплуатационные свойства получаемых электродов аккумуляторов. The purpose of the invention is the selection of a technology for preparing a mixture of water with a powder of the main component of the active mass of the battery electrode, which would simplify the process, increase its environmental friendliness, improve working conditions, reduce energy consumption and improve the operational properties of the resulting battery electrodes.
Для этого приготовление смеси осуществляют электроэрозионным диспергированием в воде металла - основного компонента активной массы электрода данного аккумулятора. For this, the mixture is prepared by electroerosive dispersion of metal in water, the main component of the active mass of the electrode of this battery.
Изобретение позволяет упростить технологический процесс за счет уменьшения числа технологических операций при получении смеси с водой порошка основного компонента активной массы электроэрозионным диспергированием металла в воде по сравнению с получением сначала сухого порошка помолом металла в среде воздуха и последующими транспортировкой его и смешиванием с водой, а также за счет исключения особо опасной операции введения в смесь кислоты;
повысить экологическую чистоту производства и улучшить условия труда за счет уменьшения пылеобразования при получении смеси порошка с водой электроэрозионным диспергированием металла в воде по сравнению с получением ее помолом металла в среде воздуха с последующими транспортиpовкой сухого порошка и смешиванием его с водой, а также за счет исключения операции введения в смесь кислоты;
уменьшить затраты электричества на 200 А ч на 1 кг активной массы отрицательных электродов свинцовых аккумуляторов за счет исключения энергоемкой операции формировки электродов и замены ее менее энергоемкой операции зарядки электродов;
повысить на 8-14% удельную электрическую емкость аккумулятора на единицу активной массы его электродов;
увеличить ресурс работы электродов аккумулятора (число циклов заряд-разряд до разрушения электродов) более чем в два раза;
увеличить механическую прочность и стойкость к вибрациям электродов аккумуляторов за счет уменьшения хрупкости и растрескивания их активной массы.The invention allows to simplify the process by reducing the number of technological operations when obtaining a powder with water of a powder of the main component of the active mass by electroerosive dispersion of a metal in water compared to first obtaining a dry powder by grinding the metal in air and its subsequent transportation and mixing with water, by eliminating a particularly dangerous operation of introducing an acid into the mixture;
to improve the ecological cleanliness of production and improve working conditions by reducing dust formation when receiving a mixture of powder with water by electroerosive dispersion of a metal in water compared to obtaining it by grinding the metal in air, followed by transportation of the dry powder and mixing it with water, as well as by eliminating the operation introducing an acid into the mixture;
reduce electricity costs by 200 Ah per 1 kg of the active mass of negative electrodes of lead batteries by eliminating the energy-intensive operation of forming electrodes and replacing it with a less energy-intensive operation of charging electrodes;
increase by 8-14% the specific electric capacity of the battery per unit active mass of its electrodes;
to increase the life of the battery electrodes (the number of charge-discharge cycles before the destruction of the electrodes) more than doubled;
to increase the mechanical strength and vibration resistance of the battery electrodes by reducing the fragility and cracking of their active mass.
Вышеперечисленные преимущества способа обеспечиваются тем, что приготовление смеси с водой порошка основного компонента активной массы электрода аккумулятора осуществляют электроэрозионным диспергированием в воде металла - основного компонента активной массы электрода данного аккумулятора. Это обусловлено тем, что, во-первых, электроэрозионное диспергирование металлов в воде позволяет сразу за одну технологическую операцию получать смесь порошка с водой и исключить появление сухого порошка и пылеобразования. The above advantages of the method are provided by the fact that the preparation of the mixture with water of the powder of the main component of the active mass of the battery electrode is carried out by electroerosive dispersion of metal in water - the main component of the active mass of the electrode of this battery. This is due to the fact that, firstly, electroerosive dispersion of metals in water allows immediately to obtain a mixture of powder with water in one technological operation and to exclude the appearance of dry powder and dust formation.
Во-вторых, измельчение металла-компонента активной массы электрода аккумулятора электроэрозионным диспергированием его в воде позволяет легко получать более высокую дисперсность порошка, чем механическим помолом в среде воздуха или другими методами диспергирования, применяемыми в известных способах получения активных масс электродов аккумуляторов. При этом электроэрозионный метод диспергирования металлов в воде позволяет легко регулировать в самых широких пределах окисленность получаемого порошка и выбирать оптимальную для активного материала электрода каждого конкретного аккумулятора окисленность. Secondly, grinding the metal component of the active mass of the battery electrode by electroerosive dispersion in water makes it easy to obtain a higher dispersion of the powder than by mechanical grinding in air or other dispersion methods used in known methods for producing active masses of battery electrodes. At the same time, the electroerosive method of dispersing metals in water makes it possible to easily control the oxidation of the obtained powder in the widest range and choose the oxidation optimal for the active electrode material of each specific battery.
В-третьих, получаемый электроэрозионным диспергированием в воде металлический порошок имеет особую структуру металла, для которой характерны повышенная плотность дефектов кристаллической структуры и преобладание неравновесных (метастабильных) фаз. Это придает металлу порошка повышенную химическую и электрохимическую активность. Так, металл порошка, полученного электроэрозионным диспергированием свинца в воде, близок по своим электрохимическим свойствам к губчатому свинцу, получающемуся в известном способе только после формировки электродов электрическим токов электролите. Это позволяет в предлагаемом способе исключить операцию формировки электродов свинцовых аккумуляторов. Thirdly, the metal powder obtained by electroerosive dispersion in water has a special metal structure, which is characterized by an increased density of defects in the crystal structure and the predominance of nonequilibrium (metastable) phases. This gives the metal of the powder increased chemical and electrochemical activity. Thus, the metal of the powder obtained by electroerosive dispersion of lead in water is close in its electrochemical properties to sponge lead obtained in the known method only after the electrodes are formed by electric currents of an electrolyte. This allows the proposed method to exclude the operation of forming electrodes of lead batteries.
В-четвертых, при окислении электроэрозионных порошков в воде образуются преимущественно метастабильные фазы оксидов (магнетит на частицах железного порошка, байерит и γ -Al2O3 - на частицах алюминиевого порошка, β -PbO - на частицах свинцового порошка). А именно эти фазы оксидов необходимы для активных масс электродов аккумуляторов.Fourth, during the oxidation of electroerosion powders in water, predominantly metastable oxide phases are formed (magnetite on particles of iron powder, bayerite and γ-Al 2 O 3 on particles of aluminum powder, β-PbO on particles of lead powder). Namely, these oxide phases are necessary for the active masses of the battery electrodes.
В-пятых, высокая активность материала электроэрозионных порошков обеспечивает хорошую сцепляемость их с металлом решетки электрода, на который намазывают пасту. Сцепляемость настолько высока, что позволяет отказаться от добавления в пасту серной кислоты, которую в известном способе вводят в активную массу для придания пасте необходимой липкости и повышения сцепляемости активной массы с решеткой. Исключение операции введения в пасту серной кислоты ведет не только к улучшению условий труда, но и исключает преждевременную сульфатацию электродов при их сушке после намазки. А поскольку сульфатация обычно приводит к охрупчиванию и растрескиванию активной массы, то тем самым предотвращаются эти нежелательные явления. Fifth, the high activity of the material of electroerosive powders ensures their good adhesion to the metal of the electrode lattice, on which the paste is smeared. The adhesion is so high that it allows you to refuse to add sulfuric acid to the paste, which is introduced into the active mass in the known method to give the paste the necessary stickiness and increase the adhesion of the active mass to the lattice. The exclusion of the operation of introducing sulfuric acid into the paste not only leads to improved working conditions, but also eliminates premature sulfation of the electrodes when they are dried after spreading. And since sulfation usually leads to embrittlement and cracking of the active mass, these undesirable phenomena are thereby prevented.
В-шестых, электроэрозионное диспергирование металла электрическими разрядами в воде между электродами из этого же металла позволяет уменьшить загрязнение получаемого порошка и смеси его с водой конструкционными материалами технологического оборудования, в частности железом. А исключение из технологии приготовления намазочных паст растворов кислоты позволяет уменьшить загрязнение этих паст растворяющимися в кислотах металлами деталей оборудования. Все это уменьшает загрязненность активной массы вредными для нее примесями, в частности примесями железа в электродах свинцовых аккумуляторов. А уменьшение загрязненности железом ведет к уменьшению оплывания активной массы положительных электродов свинцовых аккумуляторов, что повышает ресурс их работы. Sixth, electroerosive dispersion of a metal by electric discharges in water between electrodes of the same metal can reduce the pollution of the resulting powder and its mixture with water with structural materials of technological equipment, in particular iron. And the exclusion of acid solutions from the technology for the preparation of spreading pastes makes it possible to reduce the pollution of these pastes by the metal parts of the equipment that dissolve in acids. All this reduces the contamination of the active mass by harmful impurities, in particular iron impurities in the electrodes of lead batteries. A decrease in iron contamination leads to a decrease in the swelling of the active mass of the positive electrodes of lead batteries, which increases their service life.
И, наконец, при электроэрозионном диспергировании металла в воде происходит испарение и выгорание части содержащихся в этом металле вредных примесей, ухудшающих работу аккумулятора. Это также способствует улучшению качества получаемой активной массы. And, finally, during electroerosive dispersion of a metal in water, evaporation and burning out of a part of harmful impurities contained in this metal, worsening the battery operation, occurs. It also contributes to improving the quality of the resulting active mass.
П р и м е р 1. Для получения активных масс для положительных электродов свинцово-кислотных стартерных аккумуляторов берут высокочистый свинец марки СО (ГОСТ 3778-77). Отливают из него свинцовую дробь с размерами гранул 3-5 мм методом литья капель расплава свинца в воду. Загружают полученную дробь в устройство для электроэрозионного диспергирования металлов, состоящее из сосуда, выполненного из диэлектрического материала, в который опущены два плоских электрода из свинца. Между электродами загружают свинцовую дробь, а на электроды подают импульсы электрического напряжения до 800 В с частотой следования их 1 кГц. В плоском диэлектрическом днище сосуда имеются отверстия перфорации, через которые снизу вверх подают поток воды. Он осуществляет перемешивание слоя гранул свинца. При подаче импульсов электрического напряжения на электроды между ними происходят электрические разряды по цепочкам из гранул, контактирующих друг с другом и с электродами. При этом в точках контакта гранул возникают искровые разряды в воде, осуществляющие электроэрозионное диспергирование металла гранул и электродов. Энергозатраты на диспергирование 0,1 кВтч/кг. Образующийся высокодисперсный (с размерами частиц 0,1-8 мкм) свинцовый порошок выносится потоком воды из сосуда. Этот порошок концентрируют до плотности влажной массы 4,5-5 г/см3 с помощью фильтра. Отделенный от порошка фильтрат (воду) возвращают для повторного использования в устройстве электроэрозионного диспергирования. В свежеполученной таким путем влажной массе степень окисленности свинца составляет 5-10% от массы свинца. Эту влажную массу перемешивают 5 мин в отдельном сосуде и добавляют в нее при перемешивании упрочнитель - полипропиленовое волокно (ТУ 38-10263-75), имеющее толщину 10-30 мкм и длину до 3 мм. Добавку упрочнителя осуществляют в количестве 0,1-0,2% от массы свинца. Смесь перемешивают 20 мин. Полученной пастой осуществляют намазку стандартных свинцовых решеток электродов стартерного аккумулятора, отлитых на автомате "Агат", Они имеют толщину 1,8 мм при размерах 133х143 мм. Намазку осуществляют вручную по известной стандартной технологии намазки. Намазанный электрод прокатывают между резиновыми вальцами через прокладочную ткань для удаления из намазанной массы избытка влаги и придания ее поверхности рельефа. Удельное давление на электроды между вальцами 3-5 кГ/см2. Затем электроды устанавливают вертикально и высушивают на воздухе при комнатной температуре в течение 1 ч. При этом происходит окисление свинца пасты кислородом воздуха с выделением тепла. Катализатором этого процесса служит влага (вода) пасты. В результате активная масса электрода полностью высыхает, а содержание оксидов (PbO) в ней возрастает до 70% . Полученные положительные электроды свинцовых стартерных аккумуляторов не требуют формировки. Вместо формировки осуществляют зарядку положительных электродов отдельно от отрицательных. Зарядку осуществляют в баке со слабым раствором серной кислоты (плотность электролита 1,01 г/см3). Вместо отрицательных электродов в бак опущены стационарные стандартные свинцовые решетки электродов аккумуляторов без активной массы. На электроды подают постоянный электрический ток с плотностью 5-6 А/дм2 на положительных электродах. Температуру электролита ограничивают 35-40оС. Продолжительность зарядки 3-4 ч до ЭДС = 2,06-2,11 В на электрода. Об окончании процесса зарядки свидетельствует исчезновение серых пятен на электродах и приобретение ими темно-коричневого цвета. По окончании зарядки электроды высушивают в потоке горячего воздуха при 80-100оС в течение 20 мин. Высушенные сухозаряженные электроды отправляют на хранение или на сборку аккумуляторов. Они могут храниться без ухудшения их электрических и механических свойств в течение года. Полученные сухозаряженные положительные электроды после года хранения испытывают в составе аккумуляторной батареи, собранной их этих электродов и отрицательных электродов, полученных по примеру 2, описанному ниже. Испытания осуществляют согласно ГОСТ 959.0-84. В тех же условиях проводят испытания такой же стандартной аккумуляторной батареи. Результаты испытаний показывают, что удельная энергия экспериментального аккумулятора составляет 34-38 Втч/кг, а стандартного - 30-35 Втч/кг. Результаты сравнительных испытаний экспериментального и стандартного аккумуляторов приведены в табл. 1.PRI me
П р и м е р 2. Активную массу для отрицательных электродов свинцовых стартерных аккумуляторов получают так же, как и активную массу для положительных электродов в примере 1, с тем отличием, что перед введением во влажную массу упрочнителя (полипропиленового волокна) в нее добавляют суспензию расширителя с ингибитором окисления следующего состава (в пересчете на 100 кг свинца): дубитель БНФ твердый - 0,25 кг, барий сернокислый - 0,60 кг, кислота α - ОНК - 0,50 кг, вода - 1,50 кг. Смесь тщательно перемешивают 10 мин. Далее все операции осуществляют так же, как в примере 1. При этом степень окисленности свинца а активной массе не возрастает из-за наличия в ней ингибитора (кислоты α -ОНК). Высушенные в течение 1 ч в потоке сухого воздуха электроды не подвергают формировке. Вместо формировки осуществляют зарядку отрицательных электродов отдельно от положительных в баке со слабым раствором серной кислоты (плотность электролита 1,1 кг/л). Вместе положительных электродов в бак стационарно опущены стандартные свинцовые решетки электродов аккумулятора без активной массы. На электроды подают постоянный электрический ток с плотностью ≈ 0,7 А/дм2 на отрицательных электродах. Зарядку продолжают 13-15 ч до достижения на электродах ЭДС-2,06-2,11 В. При этом экономится до 250 ˙А ч на каждый килограмм активной массы отрицательных электродов по сравнению с операцией формировки электродов в известном способе. После зарядки отрицательные электроды испытывают в составе аккумуляторной батареи, собранной из этих электродов и положительных электродов, полученных в примере 1. Испытания осуществляют согласно ГОСТу 959.0-84. Результаты сравнительных испытаний экспериментального и стандартного аккумуляторов приведены в табл. 1.Example 2. The active mass for the negative electrodes of lead starter batteries is obtained in the same way as the active mass for the positive electrodes in Example 1, with the difference that a suspension is added to the wet mass of the hardener (polypropylene fiber) a dilator with an oxidation inhibitor of the following composition (in terms of 100 kg of lead): tanning agent BNF solid - 0.25 kg, barium sulfate - 0.60 kg, acid α - ONK - 0.50 kg, water - 1.50 kg. The mixture is thoroughly mixed for 10 minutes. Further, all operations are carried out in the same way as in example 1. Moreover, the degree of oxidation of lead and the active mass does not increase due to the presence of an inhibitor (acid α -ONK) in it. The electrodes dried for 1 h in a stream of dry air are not subjected to formation. Instead of forming, negative electrodes are charged separately from the positive ones in the tank with a weak solution of sulfuric acid (electrolyte density 1.1 kg / l). Together with the positive electrodes, the standard lead gratings of the battery electrodes without active mass are stationary lowered into the tank. A direct electric current with a density of ≈ 0.7 A / dm 2 at negative electrodes is supplied to the electrodes. Charging is continued for 13-15 hours until the EMF-2.06-2.11 V is reached on the electrodes. At the same time, up to 250 ˙A h for each kilogram of the active mass of negative electrodes is saved in comparison with the operation of forming the electrodes in the known method. After charging, the negative electrodes are tested as part of a rechargeable battery assembled from these electrodes and the positive electrodes obtained in Example 1. Tests are carried out according to GOST 959.0-84. The results of comparative tests of experimental and standard batteries are given in table. 1.
П р и м е р 3. Для приготовления оксидно-никелевой активной массы для положительных электродов щелочного аккумулятора берут никель металлический марки НО виде кусков с размерами 5-10 мм, Затем подвергают его электроэрозионному диспергированию так же, как в примере 1. Удельные энергозатраты на диспергирование 6 кВт ч/кг. Получаемая водная суспензия состоит из никелевого порошка с размерами частиц 0,1-10 мкм, содержащих 4-6% оксида никеля. Суспензию концентрируют центрифугированием до влажности 80% по массе. Затем приготовляют насыщенный раствор нитрата никеля и вводят в него сконцентрированную суспензию в количестве 15% от массы раствора в пересчете а сухое вещество суспензии. Смесь перемешивают 30 мин. При этом никель порошка суспензии взаимодействует с раствором нитрата никеля с образованием гидрооксида никеля. После отстаивания в течение 20 мин он выпадает в осадок. Его отфильтровывают от раствора и промывают водой до нейтральной реакции в ней (рН ≈ 7). Затем осадок высушивают в токе сухого воздуха, просеивают и смешивают с остальными компонентами активной массы в соотношении, мас. % : Гидроксид никеля 70-75 Графитовый порошок 16-16,5 Гидроксид бария 2,1-2,4 Раствор КОН плотностью 1,09-1,11 г/см3 5,6-9.1.PRI me R 3. To prepare the oxide-Nickel active mass for the positive electrodes of an alkaline battery take Nickel metal grade HO in the form of pieces with sizes of 5-10 mm, Then they are subjected to electroerosive dispersion in the same way as in example 1. Specific energy consumption for dispersion of 6 kW h / kg. The resulting aqueous suspension consists of nickel powder with a particle size of 0.1-10 microns, containing 4-6% nickel oxide. The suspension is concentrated by centrifugation to a moisture content of 80% by weight. Then prepare a saturated solution of Nickel nitrate and injected into it a concentrated suspension in an amount of 15% by weight of the solution in terms of the dry matter of the suspension. The mixture is stirred for 30 minutes. In this case, the nickel of the suspension powder interacts with the solution of nickel nitrate to form nickel hydroxide. After settling for 20 minutes, it precipitates. It is filtered off from the solution and washed with water until neutral in it (pH ≈ 7). Then the precipitate is dried in a stream of dry air, sieved and mixed with the remaining components of the active mass in the ratio, wt. %: Nickel hydroxide 70-75 Graphite powder 16-16.5 Barium hydroxide 2.1-2.4 KOH solution with a density of 1.09-1.11 g / cm 3 5.6-9.1.
Полученную активную массу используют для изготовления оксидно-никелевого положительного электрода по стандартной технологии. Для этого активную массу засыпают в стандартные сетчатые коробочки-ламели, изготовленные из никелированной стали 08 КП. Толщина коробочек - 3,7 мм, размеры 97 х 206 мм. Края коробочки заливают в "замок" и запрессовывают в рамку, соединенную с токоотводом аккумулятора. Для придания уплотнения активной массы ламели подпрессовывают на прессе с одновременной легкой гофрированной их поверхностью. Аккумулятор собирают в паре с железным отрицательным электродом, изготовленным по технологии, описанной в примере 4. Аккумулятор заполняют электролитом - раствором едкого калия, имеющим плотность 1,18-1,21 г/см3, с добавкой едкого лития 4,0 г/л и выдерживают 1 ч для пропитки электродов электролитом. После этого доливают в аккумулятор электролит до восполнения его уровня до нормального и подвергают электроды формировке постоянным электрическим током тремя последовательными заряд-разрядными циклами, Ток зарядки на всех трех циклах 5А, время зарядки на первом цикле 7 ч, на втором и третьем циклах по 9 ч. Ток разряда на всех трех циклах 2,5 А, время разряда на первом цикле 2 ч, на втором и третьем по 4 ч.The resulting active mass is used for the manufacture of a nickel oxide positive electrode according to standard technology. For this, the active mass is poured into standard mesh boxes-lamellas made of nickel-plated steel 08 KP. The thickness of the boxes is 3.7 mm, dimensions 97 x 206 mm. The edges of the box are poured into a “lock” and pressed into a frame connected to the battery collector. To give a seal to the active mass, the lamellas are pressed on the press with their light corrugated surface at the same time. The battery is collected in tandem with an iron negative electrode made according to the technology described in example 4. The battery is filled with an electrolyte - a solution of caustic potassium having a density of 1.18-1.21 g / cm 3 , with the addition of caustic lithium 4.0 g / l and incubated for 1 h for impregnation of electrodes with electrolyte. After that, the electrolyte is added to the battery until it reaches its normal level and the electrodes are formed by direct electric current in three consecutive charge-discharge cycles. The charging current in all three cycles is 5A, the charging time in the first cycle is 7 hours, in the second and third cycles of 9 hours The discharge current in all three cycles is 2.5 A, the discharge time in the first cycle is 2 hours, in the second and third for 4 hours.
После формировки аккумулятор заряжают постоянным током 5,5 А в течение 6 ч. Для определения емкости и сравнения со стандартным аккумулятором ЖН-22, формировавшимся и заряжающимся в тех же условиях, аккумуляторы разряжают током 2,75 А до напряжения 1В. Полученные сравнительные характеристики экспериментального и стандартного аккумуляторов приведены в табл. 2. Из данных табл. 2 видно, что емкость экспериментального аккумулятора на 20% больше, чем у стандартного, а коэффициент использования активной массы при работе аккумулятора возрастает на 12-15% по сравнению со стандартным. After forming, the battery is charged with a constant current of 5.5 A for 6 hours. To determine the capacity and compare with the standard ZhN-22 battery formed and charged under the same conditions, the batteries are discharged with a current of 2.75 A to a voltage of 1 V. The obtained comparative characteristics of the experimental and standard batteries are given in table. 2. From the data table. 2 it can be seen that the capacity of the experimental battery is 20% greater than that of the standard one, and the coefficient of active mass utilization during battery operation increases by 12-15% compared to the standard one.
П р и м е р 4. Для приготовления активной массы для отрицательного электрода железо-никелевого щелочного аккумулятора берут кусочки низкоуглеродистой стали и подвергают их электроэрозионному диспергиpованию в воде на той же установке, что и в примере 1. Удельные энергозатраты на диспергирование - 6 кВт˙ ч/кг. Получаемая водная суспензия состоит из железного порошка с размерами частиц 0,1-10 мкм, содержащих 8-12% по массе оксида железа в виде магнетита (Fe3O4) и гетита (FEO) без примесей гематита (Fe2O3). Суспензию концентрируют отстаиванием до влажности 80-85% по массе и осуществляют доокисление железа в ней выдерживанием суспензии в течение 6 ч при 80-100оС. В результате содержание оксидов железа возрастает до 88-90 мас. % за счет образования магнетита в реакции вытеснения водорода из воды железом.EXAMPLE 4. To prepare the active mass for the negative electrode of an iron-nickel alkaline battery, pieces of low-carbon steel are taken and subjected to electroerosive dispersion in water in the same installation as in example 1. Specific energy consumption for dispersion is 6 kW 6 h / kg The resulting aqueous suspension consists of iron powder with a particle size of 0.1-10 μm, containing 8-12% by weight of iron oxide in the form of magnetite (Fe 3 O 4 ) and goethite (FEO) without hematite impurities (Fe 2 O 3 ). The suspension was concentrated by sedimentation to a moisture content of 80-85% by weight, and oxidation of the iron is carried out by keeping it in suspension for 6 hours at 80-100 ° C. As a result, the content of iron oxides increases to 88-90 wt. % due to the formation of magnetite in the reaction of displacement of hydrogen from water by iron.
Затем суспензию обезвоживают на центрифуге до влажности 30 мас. % . Полученную пасту берут в количестве 125 кг и добавляют в нее при перемешивании 1,9 л 40% -ного раствора сернокислого никеля, затем 0,38 кг сернокислого железа и 2,5 кг аккумуляторного графита. Смесь перемешивают в течение 40 мин, а затем высушивают в токе воздуха при 80-120оС. Высушенную смесь перемешивают до разбивания комков и просеивают Затем смесь засыпают в сетчатые коробочки-ламели, такие же, как в примере 3, но изготовленные из стали 08КП, не подвергнутой никелированию, и имеющие размеры 3,7х72х116 мм. Заполненные ламели подпрессовывают на прессе так же, как в примере 3. Аккумулятор собирают в паре с оксидно-никелевыми положительными электродами, изготовленными по технологии, описанной в примере 3. Пропитку электродов электролитов в аккумуляторе и последующую формировку осуществляют так же, как в примере 3. Полученные сравнительные характеристики испытаний изготовленного таким образом экспериментального и стандартного (ЖН-22) аккумуляторов приведены в табл. 2. Из таблицы следует, что емкость экспериментального аккумулятора на 20% больше, чем у стандартного, а коэффициент использования активной массы при работе аккумулятора возрастает на 12-15 по сравнению со стандартным.Then the suspension is dehydrated in a centrifuge to a moisture content of 30 wt. % The resulting paste is taken in an amount of 125 kg and 1.9 l of a 40% solution of nickel sulfate, then 0.38 kg of ferrous sulfate and 2.5 kg of storage graphite are added to it with stirring. The mixture was stirred for 40 minutes and then dried in air at 80-120 ° C. The dried mixture is stirred to break up clumps, and screened mixture is then poured into the box-mesh sipe are the same as in Example 3, but made of steel 08KP not subjected to nickel plating, and having dimensions of 3.7 x 72 x 116 mm. The filled lamellas are pressed on the press in the same way as in example 3. The battery is assembled together with oxide-nickel positive electrodes made according to the technology described in example 3. The electrolyte electrodes in the battery are impregnated and then formed as in example 3. The obtained comparative characteristics of the tests of the experimental and standard (ZhN-22) batteries manufactured in this way are given in Table. 2. From the table it follows that the capacity of the experimental battery is 20% higher than that of the standard one, and the coefficient of active mass use during battery operation increases by 12-15 compared to the standard one.
П р и м е р 5. Для приготовления активной массы для отрицательного электрода никель-кадмиевого щелочного аккумулятора берут металлический кадмий (ГОСТ 1467-67) в виде кусков с размерами 5-10 мм и подвергают его электроэрозионному диспергированию в воде на той же установке, что и в примере 1. Удельные затраты на диспергирование 2 кВт ˙ч/ кг. Получаемая водная суспензия состоит из высокодисперсного гидрооксида кадмия, взвешенного в воде и содержащего 10% по массе (в пересчете на сухое вещество) остатков непрореагировавшего металлического кадмия в виде частиц высокодисперсного (0,1 - 10 мкм). Полученную суспензию концентрируют отстаиванием до влажности 80 мас. % . Затем берут суспензию, полученную электроэрозионным диспергированием в воде низкоуглеродистой стали по технологии, описанной в примере 4, в которой железо окислено на 80-90 мас. % . Смешивают кадмий - содержащую суспензию с железо - содержащей суспензией в массовом отношении 1: 1 (в пересчете на сухое вещество) и перемешивают смесь в течение 1 ч. Затем отжимают смесь на фильтp-прессе и высушивают в токе сухого воздуха при 80оС. Высушенную массу перемешивают до разбивания комков, добавляют в нее 3-3,5 мас. % солярного масла и перемешивают в течение 1 ч. Полученную смесь просеивают и засыпают в сетчатые коробочки-ламели, такие же, как описаны в примере 3, но изготовленные из стали 08 кп, не подвергнутой никелированию, и имеющие размеры 3,7 х 72 х 116 мм. Заполненные ламели подпрессовывают на прессе, как и в примере 3. Аккумулятор собирают в паре с оксидно-никелевыми положительными электродами, изготовленными по технологии, описанной в примере 3. Пропитку электродов электролитом в аккумуляторе и последующую формировку осуществляют так же, как в примере 3, с тем отличием, что величину силы тока на всех трех циклах зарядки берут 2,5А, а величину силы тока разряда - 1,25А. При этом время разряда на втором и третьем циклах составляет 8 ч. После формировки аккумулятор заряжают постоянным током 2,5 А в течение 6 ч. При таких же режимах формируют и заряжают стандартный никель-кадмиевый аккумулятор КН-10. Для определения емкости и сравнения со стандартным аккумулятором КН-10 оба аккумулятора (экспериментальный и стандартный) разряжают при силе тока разряда 1,25А до напряжения 1В. Полученные сравнительные характеристики приведены в табл. 2. Из данных табл. 2 следует, что емкость экспериментального аккумулятора на 20-25% больше, чем у стандартного, а коэффициент использования активной массы при работе аккумулятора возрастает на 10-15% по сравнению со стандартным. Это обусловлено и тем, что при получении железо-кадмиевой активной массы предлагаемым способом при смешении двух жидких суспензий достигается более равномерное полое и тонкое смешивание, чем при механическом смешивании сухих порошков оксидов железа и оксидов кадмия в известном способе, применяемом при изготовлении стандартных аккумуляторов.PRI me R 5. To prepare the active mass for the negative electrode of a nickel-cadmium alkaline battery, take cadmium metal (GOST 1467-67) in the form of pieces with sizes of 5-10 mm and subjected to electroerosive dispersion in water on the same installation, as in example 1. The unit cost of dispersion is 2 kWh / kg. The resulting aqueous suspension consists of finely divided cadmium hydroxide suspended in water and containing 10% by weight (calculated on dry matter) of the unreacted metal cadmium residues in the form of highly dispersed particles (0.1 - 10 μm). The resulting suspension is concentrated by settling to a moisture content of 80 wt. % Then take a suspension obtained by electroerosive dispersion in water of low carbon steel according to the technology described in example 4, in which iron is oxidized to 80-90 wt. % Mix cadmium - containing slurry with iron - containing suspension in a weight ratio of 1: 1 (on dry basis) and the mixture was stirred for 1 hour then the mixture was drained on filter time-press and dried in a stream of dry air at 80 C. The dried. the mass is stirred until the lumps break, add 3-3.5 wt. % of hydrochloric oil and stirred for 1 h. The resulting mixture is sieved and poured into mesh boxes-lamellas, the same as described in example 3, but made of 08 kp steel, not subjected to nickel plating, and having dimensions of 3.7 x 72 x 116 mm. The filled lamellas are pressed on the press, as in example 3. The battery is assembled together with oxide-nickel positive electrodes made according to the technology described in example 3. The electrodes are impregnated with electrolyte in the battery and subsequent formation is carried out as in example 3, s the difference is that the magnitude of the current strength in all three charging cycles is 2.5A, and the magnitude of the discharge current is 1.25A. In this case, the discharge time in the second and third cycles is 8 hours. After formation, the battery is charged with a direct current of 2.5 A for 6 hours. Under the same conditions, a standard KN-10 nickel-cadmium battery is formed and charged. To determine the capacity and compare with the standard KN-10 battery, both batteries (experimental and standard) discharge at a discharge current of 1.25A to a voltage of 1V. The obtained comparative characteristics are given in table. 2. From the data table. 2 it follows that the capacity of the experimental battery is 20–25% higher than that of the standard one, and the coefficient of active mass utilization during battery operation increases by 10–15% compared to the standard one. This is also due to the fact that upon receipt of the iron-cadmium active mass by the proposed method, when mixing two liquid suspensions, a more uniform hollow and finer mixing is achieved than by mechanical mixing of dry powders of iron oxides and cadmium oxides in the known method used in the manufacture of standard batteries.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU914942245A RU2012950C1 (en) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | Process of manufacture of active masses for electrodes of storage cells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU914942245A RU2012950C1 (en) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | Process of manufacture of active masses for electrodes of storage cells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012950C1 true RU2012950C1 (en) | 1994-05-15 |
Family
ID=21577660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU914942245A RU2012950C1 (en) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | Process of manufacture of active masses for electrodes of storage cells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2012950C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2406185C1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Method of making nickel oxide electrode |
| RU2586080C1 (en) * | 2014-11-12 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Iron electrode active mass of nickel-iron accumulator |
| RU2801308C2 (en) * | 2018-07-27 | 2023-08-07 | Форм Энерджи, Инк. | Negative electrodes for electrochemical cells |
| US12155047B2 (en) | 2017-12-29 | 2024-11-26 | Form Energy, Inc. | Long life sealed alkaline secondary batteries |
| US12294086B2 (en) | 2019-07-26 | 2025-05-06 | Form Energy, Inc. | Low cost metal electrodes |
| US12362352B2 (en) | 2018-07-27 | 2025-07-15 | Form Energy, Inc. | Negative electrodes for electrochemical cells |
| US12444755B2 (en) | 2016-10-21 | 2025-10-14 | Form Energy, Inc. | Corrugated fuel electrode |
-
1991
- 1991-06-05 RU SU914942245A patent/RU2012950C1/en active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2406185C1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Method of making nickel oxide electrode |
| RU2586080C1 (en) * | 2014-11-12 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Iron electrode active mass of nickel-iron accumulator |
| US12444755B2 (en) | 2016-10-21 | 2025-10-14 | Form Energy, Inc. | Corrugated fuel electrode |
| US12155047B2 (en) | 2017-12-29 | 2024-11-26 | Form Energy, Inc. | Long life sealed alkaline secondary batteries |
| RU2801308C2 (en) * | 2018-07-27 | 2023-08-07 | Форм Энерджи, Инк. | Negative electrodes for electrochemical cells |
| US12362352B2 (en) | 2018-07-27 | 2025-07-15 | Form Energy, Inc. | Negative electrodes for electrochemical cells |
| US12294086B2 (en) | 2019-07-26 | 2025-05-06 | Form Energy, Inc. | Low cost metal electrodes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4123568A (en) | Method of manufacturing an iron electrode for alkaline accumulators | |
| US2658099A (en) | Microporous carbon and graphite articles, including impregnated battery electrodes and methods of making the same | |
| US3066178A (en) | Alkaline storage battery having superactivated electrodes and method of superactivating the electrode materials | |
| WO2001089992A1 (en) | Method of preparing graphite intercalation compounds and resultant products | |
| RU2012950C1 (en) | Process of manufacture of active masses for electrodes of storage cells | |
| Fleischer | Sintered Plates for Nickel‐Cadmium Batteries | |
| US3507773A (en) | Electrode for use in electrolytes | |
| US2865974A (en) | Negative plates and the production thereof | |
| CN110656352A (en) | A kind of recycling method of solid-phase electrolysis regenerated lead of waste lead-acid battery | |
| Tokunaga et al. | Effect of Anisotropic Graphite on Discharge Performance of Positive Plates in Pasted‐Type Lead‐Acid Batteries | |
| US1899064A (en) | Manufacture of electrodes | |
| DE112022000799B4 (en) | METHOD FOR REPAIRING SILICON-CARBON WASTE MATERIAL AND ITS USE | |
| US2202489A (en) | Method of producing positive electrodes for lead-acid storage batteries | |
| DE112022000790T5 (en) | METHOD FOR RECYCLING WASTE LITHIUM IRON PHOSPHATE BATTERIES | |
| US3595703A (en) | Methods of improving the discharge capacity of manganese dioxide used in the cell | |
| DE1671788C3 (en) | Water-activated, dry-charged lead-acid battery | |
| US3554802A (en) | Process for making sulfur iron active material for battery plates | |
| CN116282014B (en) | Preparation method and application of coal-based porous carbon material | |
| Taylor et al. | A" Precharged" Positive Plate for the Lead–Acid Automotive Battery: I. Positive Plate Allowing Direct Incorporation of | |
| JP2000017302A (en) | Hydrogen storage alloy sintered body and hydrogen storage alloy sintered body porous negative electrode | |
| US1665962A (en) | Storage-battery plate and method of producing same | |
| JPH01152290A (en) | Electric active layer and its production | |
| Kalaiselvi et al. | Plant substances as battery cathodes: Zinc–embelin organic secondary battery | |
| JPH06283172A (en) | Anode plate for lead battery | |
| DE4015496C1 (en) | Lead sulphate free paste of lead and lead oxide - contains up to 60 vol. per cent solids, used to impregnate support of accumulator frame |