RU2100877C1 - Сепаратор для химического источника тока - Google Patents
Сепаратор для химического источника тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2100877C1 RU2100877C1 RU9696116865A RU96116865A RU2100877C1 RU 2100877 C1 RU2100877 C1 RU 2100877C1 RU 9696116865 A RU9696116865 A RU 9696116865A RU 96116865 A RU96116865 A RU 96116865A RU 2100877 C1 RU2100877 C1 RU 2100877C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- separator
- surface layer
- anode
- separator according
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 19
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 abstract description 15
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 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
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BSWGGJHLVUUXTL-UHFFFAOYSA-N silver zinc Chemical compound [Zn].[Ag] BSWGGJHLVUUXTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
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
- Cell Separators (AREA)
Abstract
Использование: первичные и вторичные источники тока. Сущность изобретения: сепаратор содержит пористую металлическую основу и по крайней мере один поверхностный слой из электроннепроводящего материала. Поверхностный слой со стороны анода и/или со стороны катода может содержать электроактивный материал, взаимодействующий с материалом анода. Поверхностный слой может быть выполнен из керамики. Основа может быть выполнена из никеля толщиной 10-200 мкм, пористостью 10-60% и размером пор 0,1-20 мкм. Это обеспечивает повышение механической прочности и стойкости к прорастанию дендритами. 9 з. п.ф-лы.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве химических источников тока (ХИТ).
Сепаратор является одним из основных конструктивных элементов ХИТ, обеспечивающим длительную его работоспособность. Идеальный сепаратор должен оказывать минимальное сопротивление ионному току в электролите и предотвращать замыкание электродов, связанное с возникновением электронной проводимости. Последняя возникает чаще всего из-за прорастания дендритов, образующихся при циклировании ХИТ [1]
Известен сепаратор для серебряно-цинкового аккумулятора, содержащий пористую основу из бумаги, асбеста, полипропилена и других волокнистых материалов и покрытие, выполненное на основе полимерного связующего, пластификатора и наполнителя [1] Сепаратор ингибирует рост дендритов, однако не обеспечивает надежной защиты от закорачивания из-за недостаточной механической прочности основы.
Известен сепаратор для серебряно-цинкового аккумулятора, содержащий пористую основу из бумаги, асбеста, полипропилена и других волокнистых материалов и покрытие, выполненное на основе полимерного связующего, пластификатора и наполнителя [1] Сепаратор ингибирует рост дендритов, однако не обеспечивает надежной защиты от закорачивания из-за недостаточной механической прочности основы.
Из известных сепараторов наиболее близким по совокупности существенных признаков является сепаратор для щелочного аккумулятора, содержащий пористую основу, на одну или обе поверхности которой нанесен слой из оксида металла и связующего [3] Указанный сепаратор не обеспечивает надежной защиты аккумулятора от закорачивания прорастающими дендритами из-за малой механической прочности основы.
Задачей изобретения является создание сепаратора, обладающего повышенными механической прочностью и стойкостью к прорастанию дендритами. Применение указанного сепаратора способствует повышению ресурса ХИТ.
Указанный технический результат достигается тем, что в сепараторе, содержащем пористую основу и по крайней мере один поверхностный слой из электроннепроводящего материала, нанесенный на основу, основа выполнена из металла, стойкого при рабочих условиях ХИТ, например, никеля, нержавеющей стали и т. п. для щелочных ХИТ. Выполнение основы из пористого металла обеспечивает механическую прочность сепаратора и предотвращает закорачивание электродов ХИТ дендритами.
Целесообразно основу сепаратора выполнять из пористого никеля толщиной 10-200 мкм, пористостью 10-60% и размером пор 0,1-20 мкм.
Уменьшение толщины основы менее 10 мкм приводит к снижению механической прочности сепаратора, увеличение толщины основы более 200 мкм нецелесообразно, поскольку снижаются удельные электрические характеристики ХИТ из-за увеличения массы и размеров сепаратора.
Уменьшение пористости основы ниже 10% приводит к увеличению внутреннего сопротивления ХИТ с таким сепаратором, что ухудшает его разрядные характеристики. Увеличение пористости более 60% нецелесообразно, поскольку при этом снижается механическая прочность сепаратора.
Размер пор основы определяется дисперсностью порошка, используемого при ее изготовлении. Уменьшение размера пор менее 0,1 мкм нецелесообразно, поскольку это связано с повышением стоимости основы из-за технологической сложности получения ультрадисперсных порошков. Увеличение пор более 20 мкм снижает надежность сепаратора из-за возможности прорастания дендрита через поры.
Целесообразно, чтобы пористость поверхностного слоя сепаратора была не меньше пористости основы, в противном случае поверхностный слой будет являться дополнительным диффузионным сопротивлением для транспорта ионов, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления и ухудшению разрядных характеристик ХИТ.
Целесообразно, чтобы поверхность сепаратора, обращенная к аноду и/или к катоду, содержала электроактивный материал, взаимодействующий с материалом анода.
Целесообразно поверхностный слой с одной или обеих сторон сепаратора выполнять из керамики.
Наличие в сепараторе со стороны анода электроактивного материала, взаимодействующего с материалом анода, обеспечивает растворение дендритов, образующихся на поверхности анода при заряде ХИТ. Таким образом, дополнительно к механической, обеспечивается электрохимическая защита электродов от закорачивания.
Наличие в сепараторе со стороны катода электроактивного материала, взаимодействующего с материалом анода, обеспечивает защиту электродов от закорачивания дендритами, растущими со стороны катода при переразряде ХИТ внешним током, что имеет место при использовании ХИТ в составе батареи. При контакте дендритов с электроактивным материалом сепаратора происходит их электрохимическое растворение, что предотвращает закорачивание электрода и способствует увеличению ресурса ХИТ.
Использование сепаратора с электроактивным материалом с обеих сторон целесообразно во вторичных ХИТ, собранных в батарею последовательно. В этом случае будет обеспечено растворение дендритов, растущих со стороны анода при заряде и со стороны катода при переразряде.
Целесообразно электроннепроводящий поверхностный слой сепаратора выполнять из керамики, например, путем плазменного напыления оксидов, таких как кремния, титана, алюминия и т.п. Поверхностный слой из керамики легко нанести на поверхность пористой основы из металла известными технологическими методами. Слой из керамики имеет хорошую адгезию к поверхности основы, обладает достаточной механической прочностью при малой толщине и может иметь высокую пористость, которая определяется дисперсностью наносимого материала.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения.
Установлено, что заявленное изобретение не следует для специалиста в данной области техники явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".
Пример 1. Сепаратор для щелочного ХИТ изготавливали из пористой никелевой фольги толщиной 40 мкм, пористостью 50% и размером пор 20 мкм, используемой в качестве основы, путем нанесения на одну из поверхностей слоя из смеси оксидов кремния, церия и фторопластового связующего. Оксид церия является электроактивным материалом по отношению к цинку. Дендрит, растущий на цинковом аноде при заряде, при соприкосновении с оксидом церия будет электрохимически растворяться. Смесь наносили методом пульверизации и подвергали термообработке при температуре 320-350oC для спекания связующего. Сепаратор использовали в макете щелочного никель-цинкового аккумулятора емкостью 4 А/ч. Сепаратор располагали в аккумуляторе поверхностным слоем к аноду. Аккумулятор разряжали током 1 А до конечного напряжения 1,0 В, заряд проводили током 0,4 А в течение 11 ч. Проведено более 50 циклов заряд/разряд. Ухудшения характеристик не обнаружено.
Пример 2. Сепаратор для литиевого ХИТ изготавливали из той же пористой основы. На одну из поверхностей основы наносили 3 мкм слой полианилина, затем напрессовывали пористую полипропиленовую пленку толщиной 25 мкм. Сепаратор использовали в макете ХИТ системы литий/диоксид марганца. В качестве электролита использовался 1 М раствор LiClO4 в смеси пропиленкарбоната и диметоксиэтана. Сепаратор в ХИТ устанавливался поверхностным слоем к аноду. Полианилин, содержащийся в поверхностном слое со стороны анода, является электроактивным по отношению к литию. Литиевый дендрит, проникший в сепаратор, будет растворяться при соприкосновении с полианалином. ХИТ циклировали при плотности тока 1 мА/см2. Проведено более 40 заряд/разрядных циклов. Электрические характеристики отличаются стабильностью, снижения характеристик не обнаружено.
Проведенные испытания показали, что применение заявляемого сепаратора, обладающего повышенной механической прочностью и стойкостью к прорастанию дендритами, в ХИТ позволяет предотвратить замыкание электродов, повысить ресурс и безопасность за счет механической и электрохимической защиты от дендритов. Механическая защита обеспечивается за счет применения основы из пористого металла, обладающей достаточной механической прочностью. Электрохимическая защита обеспечивается введением в поверхностный слой электроактивного по отношению к аноду материала.
Полученные данные подтверждают возможность практической реализации сепаратора с достижением заявляемого технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "Промышленная применимость".
Литература
1. Багоцкий В.С. Скундин А.М. Химические источники тока. М. Энергоиздат, 1981, с. 113-119.
1. Багоцкий В.С. Скундин А.М. Химические источники тока. М. Энергоиздат, 1981, с. 113-119.
2. Патент США, 4330602, кл. H 01 2/16, 1982.
3. Заявка Японии, 56-9769, кл. H 01 M 2/16, 1981.
Claims (9)
1. Сепаратор для химического источника тока, содержащий пористую основу и по крайней мере один поверхностный слой из электроннепроводящего материала, нанесенный на основу, отличающийся тем, что основа выполнена из металла.
2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что основа выполнена из никеля.
3. Сепаратор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что основа выполнена из пористого никеля пористостью 10 60%
4. Сепаратор по пп.1 3, отличающийся тем, что основа выполнена из пористого никеля с размером пор 0,1 20 мкм.
4. Сепаратор по пп.1 3, отличающийся тем, что основа выполнена из пористого никеля с размером пор 0,1 20 мкм.
5. Сепаратор по пп.1 4, отличающийся тем, что основа выполнена из пористого никеля толщиной 10 200 мкм.
6. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что пористость поверхностного слоя не меньше пористости основы.
7. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что поверхностный слой, обращенный к аноду, содержит электроактивный материал, взаимодействующий с материалом анода.
8. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что поверхностный слой, обращенный к катоду, содержит электроактивный материал, взаимодействующий с материалом анода.
9. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что оба поверхностных слоя содержат электроактивный материал, взаимодействующий с материалом анода.
10. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что поверхностный слой выполнен из керамики.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9696116865A RU2100877C1 (ru) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | Сепаратор для химического источника тока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9696116865A RU2100877C1 (ru) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | Сепаратор для химического источника тока |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2100877C1 true RU2100877C1 (ru) | 1997-12-27 |
| RU96116865A RU96116865A (ru) | 1998-01-20 |
Family
ID=20184687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9696116865A RU2100877C1 (ru) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | Сепаратор для химического источника тока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2100877C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2521077C2 (ru) * | 2009-08-21 | 2014-06-27 | Хендай Хиско | Металлическая сепараторная пластина для топливного элемента, имеющая покровную пленку на поверхности, и способ изготовления такой пластины |
-
1996
- 1996-08-19 RU RU9696116865A patent/RU2100877C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. - М.: Энергоиздат, 1981, с. 113 - 119. US, патент, 4330602, кл. H 01 M 2/16, 1982. JP, заявка, 56-9769, кл. H 01 M 2/16, 1981. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2521077C2 (ru) * | 2009-08-21 | 2014-06-27 | Хендай Хиско | Металлическая сепараторная пластина для топливного элемента, имеющая покровную пленку на поверхности, и способ изготовления такой пластины |
| US8778566B2 (en) | 2009-08-21 | 2014-07-15 | Hyundai Hysco | Metal separator plate for fuel cell having coating film formed on surface and method for producing same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW385562B (en) | Lithium ion electrochemical cell | |
| US6558840B1 (en) | Electrode for use in a non-aqueous battery | |
| US20110223487A1 (en) | Electrochemical cell with sintered cathode and both solid and liquid electrolyte | |
| US20150056507A1 (en) | Lithium-based battery electrodes | |
| EP4250461B1 (en) | Electrochemical device including a flame retardant separator having an asymmetric structure | |
| JPH09213338A (ja) | 電池及びリチウムイオン二次電池 | |
| EP2577777A1 (en) | Rechargeable, high-density electrochemical device | |
| US10497962B2 (en) | Electrode including an increased active material content | |
| CN111525082B (zh) | 复合隔膜、电池及电池组 | |
| US10593955B2 (en) | Method for producing electrodes having an improved current collector structure | |
| JP2007134272A (ja) | 集電体、負極および電池 | |
| JP2006504230A (ja) | 酸化的に前処理された亜鉛負極用の導電性セラミック | |
| IL165966A (en) | Lithium secondary battery negative -electrode component material and lithium secondary battery | |
| JP4145762B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| RU2100877C1 (ru) | Сепаратор для химического источника тока | |
| KR20180000561A (ko) | 내열성 및 전해액 함침성이 우수한 세퍼레이터 | |
| US20220293961A1 (en) | Porous Polymer Lithium Cathode | |
| US20190280275A1 (en) | Electrode Assembly for a Battery Cell and Battery Cell | |
| CN113474920B (zh) | 用于可再充电储能设备的电极 | |
| CN118235289A (zh) | 锂离子传导隔膜 | |
| WO2021209687A1 (en) | Method for the manufacture of an energy storage device utilizing lithium and solid inorganic electrolytes | |
| JPH10270004A (ja) | 蓄電装置 | |
| JPH10241663A (ja) | 電 池 | |
| RU2101805C1 (ru) | Литиевый химический источник тока | |
| RU2105393C1 (ru) | Литиевый химический источник тока |