RU2824758C1

RU2824758C1 - Method of making cathode mass for thermal chemical current source

Info

Publication number: RU2824758C1
Application number: RU2024102275A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Архипенко; Дмитрий Юрьевич Шишнёв
Original assignee: Публичное акционерное Общество "Энергия" (ПАО "Энергия")
Filing date: 2024-01-30
Publication date: 2024-08-13

Abstract

FIELD: electrochemical power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrochemical power engineering and can be used in production of thermal chemical current sources. Method of producing a cathode mass for a thermal chemical current source involves mixing prepared powders of pyrite, salt electrolyte, magnesium oxide and lithium hydroxide, then preparing a salt electrolyte, the composition of which includes lithium chloride, potassium chloride, lithium fluoride, preparing a mixture from the obtained salt electrolyte and magnesium oxide, after which the obtained mixture is mixed with pyrite, salt electrolyte and lithium hydroxide, to which a salt electrolyte is additionally added, obtained mixture is loaded into roller mill drum and mixed to produce cathode mass, then the cathode mass is separated from the balls on the vibrating sieve, the separated cathode mass is loaded onto a tray, which is placed into a vacuum furnace and evacuated to a residual pressure of 0.098 MPa, heated to 350°C, held for 60–70 minutes, heated to 500°C and held for 70–80 minutes with subsequent cooling to 90–100°C and its unloading from vacuum furnace.

EFFECT: increasing cathode capacity of thermal chemical current source due to uniform distribution of components in volume of cathode mass and, as a result, more complete consumption of active substance.

1 cl, 4 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электрохимической энергетике и может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока.The invention relates to electrochemical power engineering and can be used in the production of thermal chemical current sources.

Известен способ изготовления катодной массы теплового химического источника тока (Кукоз Ф.И., Труш Ф.Ф., Кондратенков В.И. «Тепловые химические источники тока» Издательство Ростовского университета - 1989, с. 96), заключающийся в разливке в формы пастообразных материалов с их последующим отверждением.A method for producing the cathode mass of a thermal chemical current source is known (Kukoz F.I., Trush F.F., Kondratenkov V.I. “Thermal chemical current sources” Rostov University Publishing House - 1989, p. 96), which consists of pouring pasty materials into molds with their subsequent hardening.

Недостатком способа являются необратимые изменения компонентов активной массы при контакте с водой и снижение емкости активной массы.The disadvantage of this method is the irreversible changes in the components of the active mass upon contact with water and a decrease in the capacity of the active mass.

Известен способ изготовления катодной массы для теплового химического источника тока из патента RU №2093928, включающий смешивание подготовленных порошков дисульфида железа (у нас-пирит), загущенного солевого электролита и стабилизирующей добавки при следующем соотношении компонентов, мас. %A method for producing a cathode mass for a thermal chemical current source is known from patent RU No. 2093928, which includes mixing prepared powders of iron disulfide (in our case, pyrite), thickened salt electrolyte and a stabilizing additive in the following ratio of components, wt. %

Сульфид железаIron sulfide 57-8057-80 Гидроксид литияLithium hydroxide 0,7-170.7-17 Оксид магния Magnesium oxide 8,3-128.3-12 Солевой электролит Salt electrolyte 11-1411-14

Недостатком способа является недостаточная емкость катодов, до 2,53 А мин/см², изготовленных из катодной массы по предлагаемому техническому решению и недостаточная ее повторяемость, поскольку способ смешивания и характеристики дисульфида железа не конкретизированы.The disadvantage of the method is the insufficient capacity of the cathodes, up to 2.53 A min/ ^cm2 , made from the cathode mass according to the proposed technical solution and its insufficient repeatability, since the mixing method and characteristics of iron disulfide are not specified.

Проблемой изготовления катодной массы теплового химического источника тока является достижение максимального уровня емкости катодов, изготовленных из нее. Емкость снижается вследствие неравномерного распределения компонентов по катодной массе, в результате чего в процессе работы часть активного материала оказывается неактивной.The problem of manufacturing the cathode mass of a thermal chemical current source is achieving the maximum level of capacity of the cathodes made from it. The capacity decreases due to the uneven distribution of components over the cathode mass, as a result of which, during operation, part of the active material becomes inactive.

Продолжающиеся после начала работы процессы расплавления электролита в порах катода не успевают пройти до конца из-за ограниченного времени работы теплового химического источника тока.The processes of electrolyte melting in the cathode pores that continue after the start of operation do not have time to complete due to the limited operating time of the thermal chemical current source.

Техническим результатом изобретения является повышение емкости катода теплового химического источника тока вследствие равномерного распределения компонентов по объему катодной массы и, как следствие, более полное расходование активного вещества.The technical result of the invention is an increase in the capacity of the cathode of a thermal chemical current source due to the uniform distribution of components throughout the volume of the cathode mass and, as a consequence, a more complete consumption of the active substance.

Указанный технический результат достигается предлагаемым способом изготовления катодной массы теплового химического источника тока. Способ изготовления катодной массы для теплового химического источника тока включает смешивание подготовленных порошков пирита, солевого электролита, оксида магния в качестве стабилизирующей добавки и гидроксида лития, отличающийся тем, что подготовку пирита проводят путем размола и просеивания с отбором фракций 80-250 мкм, затем готовят солевой электролит, состав которого включает компоненты при следующем их соотношении, масс. %:The specified technical result is achieved by the proposed method for manufacturing the cathode mass of a thermal chemical current source. The method for manufacturing the cathode mass for a thermal chemical current source includes mixing prepared powders of pyrite, a salt electrolyte, magnesium oxide as a stabilizing additive and lithium hydroxide, characterized in that the pyrite is prepared by grinding and sifting with the selection of fractions of 80-250 μm, then a salt electrolyte is prepared, the composition of which includes components in the following ratio, mass %:

Хлорид лития Lithium chloride 43,043.0 Хлорид калия Potassium chloride 54,054.0 Фторид лития Lithium fluoride 3,0,3.0,

готовят смесь из полученного солевого электролита и оксида магния, состав которой включает, масс %:a mixture is prepared from the obtained salt electrolyte and magnesium oxide, the composition of which includes, mass %:

Оксид магния Magnesium oxide 42-4442-44 Солевой электролитSalt electrolyte остальное,rest,

после чего полученную смесь оксида магния с солевым электролитом смешивают с пиритом, солевым электролитом и гидроксидом лития при следующем соотношении компонентов, масс. %:after which the resulting mixture of magnesium oxide with a salt electrolyte is mixed with pyrite, a salt electrolyte and lithium hydroxide in the following ratio of components, mass %:

Гидроксид лития Lithium hydroxide 3-53-5

Пирит Pyrite 73-7573-75

Смесь оксида магния с солевым электролитомMixture of magnesium oxide with salt electrolyte 20-24,20-24,

в которую дополнительно добавляют солевой электролит в количестве 5% от общей массы смеси, полученную смесь загружают в барабан валковой мельницы из расчета 100 г смеси на 150 г общей массы фарфоровых шаров диаметром 25 мм и смешивают в валковой мельнице в течение 30-40 мин. с получением катодной массы, затем отделяют катодную массу от шаров на вибросите, отделенную катодную массу загружают на поддон, который помещают в вакуумную печь и вакуумируют до остаточного давления 0,098 МПа, нагревают до 350°С, выдерживают в течение 60-70 минут, нагревают до 500°С и выдерживают 70-80 минут с последующим охлаждением до 90-100°С и выгрузкой ее из вакуумной печи.to which a salt electrolyte is additionally added in an amount of 5% of the total mass of the mixture, the resulting mixture is loaded into the drum of a roller mill at the rate of 100 g of the mixture per 150 g of the total mass of porcelain balls with a diameter of 25 mm and mixed in a roller mill for 30-40 minutes to obtain a cathode mass, then the cathode mass is separated from the balls on a vibrating sieve, the separated cathode mass is loaded onto a pallet, which is placed in a vacuum furnace and evacuated to a residual pressure of 0.098 MPa, heated to 350 ° C, held for 60-70 minutes, heated to 500 ° C and held for 70-80 minutes, followed by cooling to 90-100 ° C and unloading it from the vacuum furnace.

Отбор фракций 80-250 мкм соответствует частицам пирита с соотношением сульфида железа к дисульфиду от 1:36 до 1:31, поскольку размеры частиц пирита связаны с их химическим составом. При больших и меньших отношениях появляется нестабильность удельной емкости, связанная с различием теоретических удельных емкостей сульфида и дисульфида железа, наличие малых количеств сульфида железа необходимо для стабилизации разрядного напряжения. Состав солевого электролита, масс. %: хлорид лития 43,0; хлорид калия 54,0; фторид лития 3,0, необходим для получения эвтектической смеси, обеспечивающей температуру плавления 350-400°С. Смешивание солевого электролита со стабилизирующей добавкой оксида магния 42-44 масс. % в отдельной порции необходимо для равномерного перемешивания этой добавки с компонентами электролита, что предотвращает вытекание электролита из пор катода в процессе работы. При содержании в смеси менее 42 масс. % оксида магния в процессе работы теплового химического источника тока в процессе работы в условиях форсированных вращательных нагрузок электролит вытекает из пор катода, что снижает его емкость. При содержании оксида магния более 44% электролит не проникает на глубину пор, что также снижает емкость. Содержание в катодной массе гидроксида лития 3-5 масс. % обеспечивает равномерную пропитку расплавом пор катода, что увеличивает истинную поверхность катода и способствует повышению удельной емкости. При содержании в катодной массе менее 3 масс. % гидроксида лития снижается смачиваемость пор катода расплавом, что снижает емкость катода. При содержании гидроксида лития более 5% расплав вытекает из пор при работе теплового химического источника тока. Содержание в катодной массе пирита в диапазоне 73-75 масс. % обеспечивает наибольший коэффициент использования материала. При содержании в катодной массе менее 73 масс. % пирита снижается емкость катода, поскольку дисульфид железа является основным активным веществом. При содержании в катодной массе более 75% пирита в катоде формируется мелкопористая структура, в которую не проникает расплавленный электролит, снижается коэффициент использования, а, следовательно, и емкость. Дополнительное количество солевого электролита в количестве 5% от общей массы изготавливаемой смеси необходимо для полного заполнения пор катода электролитом, что увеличивает активную площадь поверхности катода и способствует повышению емкости. При содержании в катодной массе дополнительного количества более 5 масс. % солевого электролита теряется механическая устойчивость катодной таблетки и снижается удельная емкость. При содержании менее 5% масс. % пропитка катода электролитом является недостаточной и приводит к снижению удельной емкости. Смешивание компонентов в барабане валковой мельницы необходимо для дополнительного измельчения порошка пирита, а применение шаров кроме валковых мелющих элементов дает возможность перемешать компоненты катодной массы до максимально однородного состояния. Проведенными исследованиями было установлено, что масса фарфоровых шаров диаметром 25 мм, 150 г на 100 г смеси повышает качество смешивания, при меньшей их массе качество перемешивания падает, что снижает емкость катода, изготовленного из смеси. При большей массе шаров качество перемешивания снижается за счет ограничений перемещения шаров в барабане. Нагрев смеси в вакууме с остаточным давлением 0,098 мПа до 350°С с выдержкой при этой температуре в течение 60-70 минут необходим для удаления кристаллизационной воды из компонентов солевого электролита и катодного материала. Остаточная кристаллизационная вода будет увеличивать время активации теплового химического источника тока, способствовать дополнительному газовыделению и потерям тепла на испарение воды. Проведенными исследованиями было установлено, что при выдержке при этих условиях в течение менее 60 минут наблюдается разброс значений емкости, связанный с неполным удалением кристаллизационной воды. При выдержке более 70 минут дополнительного увеличения емкости не наблюдается, в связи с чем такая длительность выдержки является нецелесообразной. Последующий нагрев до 500°С необходим для расплавления электролита и распределения его по поверхности зерен катодного материала, что служит увеличению активной поверхности катода. Время выдержки менее 70 минут недостаточно для необходимого расплавления и растекания расплава по поверхности зерен катодного материала, при времени более 80 минут увеличения емкости катодов не наблюдается, в связи с чем такая выдержка не является целесообразной. Охлаждение до 90-100°С и выемка смеси из печи при этой температуре предотвращает адсорбцию влаги в период переноса катодной массы в осушенный бокс для прессования таблеток катода и последующей сборки.The selection of fractions of 80-250 μm corresponds to pyrite particles with an iron sulfide to disulfide ratio of 1:36 to 1:31, since the sizes of pyrite particles are related to their chemical composition. At larger and smaller ratios, instability of the specific capacity appears, associated with the difference in the theoretical specific capacities of iron sulfide and disulfide, the presence of small amounts of iron sulfide is necessary to stabilize the discharge voltage. The composition of the salt electrolyte, wt. %: lithium chloride 43.0; potassium chloride 54.0; lithium fluoride 3.0, is necessary to obtain a eutectic mixture providing a melting point of 350-400 °C. Mixing the salt electrolyte with a stabilizing additive of magnesium oxide 42-44 wt. % in a separate portion is necessary for uniform mixing of this additive with the electrolyte components, which prevents electrolyte leakage from the cathode pores during operation. When the content of magnesium oxide in the mixture is less than 42 wt. %, during operation of the thermal chemical current source under conditions of forced rotational loads, the electrolyte flows out of the pores of the cathode, which reduces its capacity. When the magnesium oxide content is more than 44%, the electrolyte does not penetrate to the depth of the pores, which also reduces the capacity. The content of lithium hydroxide in the cathode mass of 3-5 wt. % ensures uniform impregnation of the cathode pores with the melt, which increases the true surface of the cathode and contributes to an increase in the specific capacity. When the content of lithium hydroxide in the cathode mass is less than 3 wt. %, the wettability of the cathode pores with the melt decreases, which reduces the capacity of the cathode. When the content of lithium hydroxide is more than 5%, the melt flows out of the pores during operation of the thermal chemical current source. The content of pyrite in the cathode mass in the range of 73-75 wt. % ensures the highest coefficient of material utilization. When the content in the cathode mass is less than 73 wt. % pyrite reduces the capacity of the cathode, since iron disulfide is the main active substance. When the content of pyrite in the cathode mass is more than 75%, a fine-porous structure is formed in the cathode, into which the molten electrolyte does not penetrate, the utilization factor decreases, and, consequently, the capacity. An additional amount of salt electrolyte in the amount of 5% of the total mass of the mixture being manufactured is necessary to completely fill the pores of the cathode with electrolyte, which increases the active surface area of the cathode and helps to increase the capacity. When the content of an additional amount of more than 5 wt. % salt electrolyte in the cathode mass, the mechanical stability of the cathode tablet is lost and the specific capacity decreases. When the content is less than 5% wt. %, the impregnation of the cathode with electrolyte is insufficient and leads to a decrease in the specific capacity. Mixing of the components in the drum of a roller mill is necessary for additional grinding of the pyrite powder, and the use of balls in addition to roller grinding elements makes it possible to mix the components of the cathode mass to the most homogeneous state. The conducted studies have established that the mass of porcelain balls with a diameter of 25 mm, 150 g per 100 g of the mixture improves the mixing quality, with their smaller mass the mixing quality decreases, which reduces the capacity of the cathode made of the mixture. With a greater mass of balls, the mixing quality decreases due to restrictions on the movement of balls in the drum. Heating the mixture in a vacuum with a residual pressure of 0.098 MPa to 350 ° C with holding at this temperature for 60-70 minutes is necessary to remove crystallization water from the components of the salt electrolyte and cathode material. Residual crystallization water will increase the activation time of the thermal chemical current source, contribute to additional gas evolution and heat losses due to evaporation of water. The conducted studies have established that when holding under these conditions for less than 60 minutes, a spread of capacity values \u200b\u200bis observed due to incomplete removal of crystallization water. When holding for more than 70 minutes, no additional increase in capacity is observed, and therefore such a holding time is inappropriate. Subsequent heating to 500°C is necessary to melt the electrolyte and distribute it over the surface of the grains of the cathode material, which serves to increase the active surface of the cathode. A holding time of less than 70 minutes is insufficient for the necessary melting and spreading of the melt over the surface of the grains of the cathode material; with a time of more than 80 minutes, no increase in the capacity of the cathodes is observed, and therefore such holding is not advisable. Cooling to 90-100°C and removing the mixture from the furnace at this temperature prevents moisture adsorption during the period of transfer of the cathode mass to a dried box for pressing cathode tablets and subsequent assembly.

Пример 1 реализации способа изготовления катодной массы для теплового химического источника тока.Example 1 of the implementation of the method for manufacturing cathode mass for a thermal chemical current source.

Приготовили катодную массу теплового химического источника тока, для чего пирит размололи и просеяли через набор сит с отбором фракций менее 80 мкм. При этом соотношение сульфида железа к дисульфиду превысило 1:31, поскольку размеры частиц пирита связаны с их химическим составом. Затем смешали хлорид лития, хлорид калия и фторид лития из расчета, масс. % соответственно: 43,0; 54,0; 3,0. Этот состав необходим для получения эвтектической смеси, обеспечивающей температуру плавления 350-400°С при которой работает тепловой ХИТ. Из полученного солевого электролита и оксида магния приготовили смесь из расчета: оксид магния 41%, солевой электролит - остальное. Оксид магния в этой смеси является загустителем, но при таком его содержании не обеспечивалось повышение вязкости, что приводило к преждевременному выходу из строя батарей при вращательных нагрузках. Полученную смесь оксида магния с солевым электролитом, пирит, и гидроксид лития в количестве из расчета масс. %: гидроксид лития 2; пирит 72; смесь оксида магния с солевым электролитом 18, а также солевой электролит из расчета 5% от общей массы смеси загрузили в барабан валковую мельницу, загрузили в нее фарфоровые шары диаметром 25 мм из расчета 150 г шаров на 100 г смеси и смешивали в валковой мельнице в течение 25 мин., что не обеспечивает равномерность распределения компонентов по объему смеси. Затем отделили катодную массу от шаров на вибросите, отделенную катодную массу загрузили на поддон, который поместили в вакуумную печь и вакуумировали до остаточного давления 0,098 МПа, затем нагрели до 350°С, выдержали в течение 50 минут для удаления кристаллизационной влаги, которое произошло не в достаточной степени, что отразилось на времени активации батареи. Катодную массу далее нагрели до 500°С и выдержали 60 минут, в течение которых происходило плавление компонентов, однако, равномерность распределения была недостаточной. После этого охладили до 90-100°С и выгрузили катодную массу из вакуумной печи.The cathode mass of the thermal chemical current source was prepared by grinding pyrite and sifting it through a set of sieves with fractions less than 80 μm. The ratio of iron sulfide to disulfide exceeded 1:31, since the sizes of pyrite particles are related to their chemical composition. Then lithium chloride, potassium chloride and lithium fluoride were mixed at the rate of, wt. %, respectively: 43.0; 54.0; 3.0. This composition is necessary to obtain a eutectic mixture providing a melting point of 350-400 °C at which the thermal chemical current source operates. A mixture was prepared from the resulting salt electrolyte and magnesium oxide at the rate of: magnesium oxide 41%, salt electrolyte - the rest. Magnesium oxide in this mixture is a thickener, but with such a content, an increase in viscosity was not ensured, which led to premature failure of batteries under rotational loads. The resulting mixture of magnesium oxide with a salt electrolyte, pyrite, and lithium hydroxide in an amount calculated based on the mass %: lithium hydroxide 2; pyrite 72; a mixture of magnesium oxide with a salt electrolyte 18, as well as a salt electrolyte at a rate of 5% of the total mass of the mixture were loaded into the drum of a roller mill, porcelain balls with a diameter of 25 mm were loaded into it at a rate of 150 g of balls per 100 g of the mixture and mixed in a roller mill for 25 min., which does not ensure uniform distribution of the components throughout the volume of the mixture. Then the cathode mass was separated from the balls on a vibrating sieve, the separated cathode mass was loaded onto a pallet, which was placed in a vacuum furnace and evacuated to a residual pressure of 0.098 MPa, then heated to 350 ° C, held for 50 minutes to remove crystallization moisture, which did not occur to a sufficient extent, which affected the battery activation time. The cathode mass was then heated to 500°C and held for 60 minutes, during which the components melted, but the distribution uniformity was insufficient. After that, it was cooled to 90-100°C and the cathode mass was unloaded from the vacuum furnace.

Из полученной катодной массы были спрессованы катоды и проведен разряд электрохимического элемента с анодом из сплава литий-кремний. Результаты испытаний приведены в таблице.The resulting cathode mass was used to press cathodes and discharge an electrochemical cell with a lithium-silicon alloy anode. The test results are given in the table.

Пример2 реализации способа изготовления катодной массы для теплового химического источника тока.Example 2 of the implementation of the method for manufacturing cathode mass for a thermal chemical current source.

Приготовили катодную массу теплового химического источника тока, для чего пирит размололи и просеяли через набор сит с отбором фракций 80-250 мкм, для которых соотношение сульфид/дисульфид железа находилось в пределах от 1:31 до 1:36. Затем смешали хлорид лития, хлорид калия и фторид лития из расчета, масс. % соответственно: 43,0; 54,0; 3,0. Из полученного солевого электролита и оксида магния приготовили смесь из расчета оксид магния 42%, солевой электролит - остальное. Расплав при этом имеет оптимальную вязкость, предотвращающую вытекание электролита при повышенных вращательных нагрузках. Полученную смесь оксида магния с солевым электролитом, пирит, и гидроксид лития в количестве из расчета масс. %: гидроксид лития 4; пирит 74; смесь оксида магния с солевым электролитом 22, а также солевой электролит из расчета 5% от общей массы смеси загрузили в валковую мельницу, загрузили в нее фарфоровые шары диаметром 25 мм из расчета 150 г шаров на 100 г смеси и смешивали в валковой мельнице в течение 35 мин., что обеспечило равномерность свойств катодной массы по всему объему. Затем отделили катодную массу от шаров на вибросите, отделенную катодную массу загрузили на поддон, который поместили в вакуумную печь и вакуумировали до остаточного давления 0,098 МПа, затем нагрели до 350°С, выдержали в течение 65 минут. При этом произошло полное отделение кристаллизационной воды, что привело к снижению времени активации, нагрели до 500°С и выдержали 75 минут с последующим охлаждением до 90-100°С и выгрузкой ее из вакуумной печи.A cathode mass of a thermal chemical current source was prepared by grinding pyrite and sifting it through a set of sieves with fraction selection of 80-250 μm, for which the iron sulfide/disulfide ratio was in the range from 1:31 to 1:36. Then lithium chloride, potassium chloride and lithium fluoride were mixed at the rate of, wt. %, respectively: 43.0; 54.0; 3.0. A mixture was prepared from the resulting salt electrolyte and magnesium oxide at the rate of 42% magnesium oxide, the rest being salt electrolyte. The melt in this case has an optimal viscosity, preventing electrolyte leakage under increased rotational loads. The resulting mixture of magnesium oxide with salt electrolyte, pyrite, and lithium hydroxide in an amount based on the rate of wt. %: lithium hydroxide 4; pyrite 74; a mixture of magnesium oxide with salt electrolyte 22, as well as salt electrolyte at a rate of 5% of the total mass of the mixture were loaded into a roller mill, porcelain balls with a diameter of 25 mm were loaded into it at a rate of 150 g of balls per 100 g of the mixture and mixed in a roller mill for 35 min., which ensured uniformity of the properties of the cathode mass throughout the volume. Then the cathode mass was separated from the balls on a vibrating sieve, the separated cathode mass was loaded onto a pallet, which was placed in a vacuum furnace and evacuated to a residual pressure of 0.098 MPa, then heated to 350 ° C, and held for 65 minutes. In this case, complete separation of crystallization water occurred, which led to a decrease in the activation time, heated to 500 ° C and held for 75 minutes, followed by cooling to 90-100 ° C and unloading it from the vacuum furnace.

Пример 3 реализации способа изготовления катодной массы для теплового химического источника тока.Example 3 of the implementation of the method for manufacturing cathode mass for a thermal chemical current source.

Приготовили катодную массу теплового химического источника тока, для чего пирит размололи и просеяли через набор сит с отбором фракций 251-280 мкм, при этом отношение количеств сульфида железа к дисульфиду железа оказалось менее 1:36, что привело к нестабильностям напряжения батареи затем, смешали хлорид лития, хлорид калия и фторид лития из расчета, масс. % соответственно: 43,0;54,0;3,0. Из полученного солевого электролита и оксида магния приготовили смесь из расчета оксид магния 41%, солевой электролит - остальное. Полученную смесь оксида магния с солевым электролитом, пирит, и гидроксид лития в количестве из расчета масс. %: гидроксид лития 6; пирит 80; смесь оксида магния с солевым электролитом 26, а также солевой электролит из расчета 7% от общей массы смеси загрузили в валковую мельницу, загрузили в нее фарфоровые шары диаметром 25 мм из расчета 150 г шаров на 100 г смеси и смешивали в валковой мельнице в течение 50 мин. Было достигнуто равномерное смешивание, однако повышенное содержание гидроксида лития снизило вязкость расплава, что проявилось в отказах батарей при вращательных нагрузках. Затем отделили катодную массу от шаров на вибросите, отделенную катодную массу загрузили на поддон, который поместили в вакуумную печь и вакуумировали до остаточного давления 0,098 МПа, затем нагрели до 350°С, выдержали в течение 75 минут, нагрели до 500°С и выдержали 90 минут с последующим охлаждением до 90-100°С и выгрузкой ее из вакуумной печи.The cathode mass of the thermal chemical current source was prepared, for which pyrite was ground and sifted through a set of sieves with the selection of fractions of 251-280 μm, while the ratio of the amounts of iron sulfide to iron disulfide was less than 1:36, which led to instabilities in the battery voltage, then lithium chloride, potassium chloride and lithium fluoride were mixed at the rate of, wt. %, respectively: 43.0; 54.0; 3.0. From the resulting salt electrolyte and magnesium oxide, a mixture was prepared at the rate of magnesium oxide 41%, salt electrolyte - the rest. The resulting mixture of magnesium oxide with salt electrolyte, pyrite, and lithium hydroxide in an amount based on the calculation of wt. %: lithium hydroxide 6; pyrite 80; A mixture of magnesium oxide with salt electrolyte 26, as well as salt electrolyte at a rate of 7% of the total mass of the mixture, were loaded into a roller mill, porcelain balls with a diameter of 25 mm were loaded into it at a rate of 150 g of balls per 100 g of the mixture and mixed in a roller mill for 50 min. Uniform mixing was achieved, but the increased content of lithium hydroxide reduced the viscosity of the melt, which manifested itself in battery failures under rotational loads. Then the cathode mass was separated from the balls on a vibrating sieve, the separated cathode mass was loaded onto a pallet, which was placed in a vacuum furnace and evacuated to a residual pressure of 0.098 MPa, then heated to 350 ° C, held for 75 minutes, heated to 500 ° C and held for 90 minutes, followed by cooling to 90-100 ° C and unloading it from the vacuum furnace.

Пример4 реализации способа изготовления катодной массы для теплового химического источника тока.Example 4 of the implementation of the method for manufacturing cathode mass for a thermal chemical current source.

Приготовили катодную массу теплового химического источника тока, для чего пирит размололи и просеяли через набор сит с отбором фракций 150-250 мкм, было получено соотношение сульфида железа к дисульфиду 1:36. Затем смешали хлорид лития, хлорид калия и фторид лития из расчета, масс. % соответственно: 43,0;54,0;3,0. Из полученного солевого электролита и оксида магния приготовили смесь из расчета оксид магния 41%, солевой электролит - остальное. Полученную смесь оксида магния с солевым электролитом, пирит, и гидроксид лития в количестве из расчета масс. %: гидроксид лития 4; пирит 80; смесь оксида магния с солевым электролитом 26, а также солевой электролит из расчета 5% от общей массы смеси загрузили в валковую мельницу, загрузили в нее фарфоровые шары диаметром 25 мм из расчета 150 г шаров на 100 г смеси и смешивали в валковой мельнице в течение 50 мин., затем отделили катодную массу от шаров на вибросите, отделенную катодную массу загрузили на поддон, который поместили в вакуумную печь и вакуумировали до остаточного давления 0,098 МПа, затем нагрели до 350°С, выдержали в течение 75 минут, нагрели до 500°С и выдержали 90 минут с последующим охлаждением до 90-100°С и выгрузкой ее из вакуумной печи.The cathode mass of the thermal chemical current source was prepared by grinding pyrite and sifting it through a set of sieves with fraction selection of 150-250 μm, the ratio of iron sulfide to disulfide was 1:36. Then lithium chloride, potassium chloride and lithium fluoride were mixed at the rate of, mass. % respectively: 43.0; 54.0; 3.0. From the obtained salt electrolyte and magnesium oxide, a mixture was prepared at the rate of magnesium oxide 41%, salt electrolyte - the rest. The resulting mixture of magnesium oxide with salt electrolyte, pyrite, and lithium hydroxide in an amount at the rate of mass. %: lithium hydroxide 4; pyrite 80; a mixture of magnesium oxide with salt electrolyte 26, as well as salt electrolyte at a rate of 5% of the total mass of the mixture, were loaded into a roller mill, porcelain balls with a diameter of 25 mm were loaded into it at a rate of 150 g of balls per 100 g of the mixture and mixed in a roller mill for 50 min., then the cathode mass was separated from the balls on a vibrating sieve, the separated cathode mass was loaded onto a pallet, which was placed in a vacuum furnace and evacuated to a residual pressure of 0.098 MPa, then heated to 350 ° C, held for 75 minutes, heated to 500 ° C and held for 90 minutes, followed by cooling to 90-100 ° C and unloading it from the vacuum furnace.

Таким образом, из результатов испытаний следует, что при значениях параметров способа, находящихся в указанных интервалах, достигается максимальное значение емкости, превосходящее способ прототипа, что доказывает достижение заявленного технического результата.Thus, it follows from the test results that, with the parameter values of the method being in the specified intervals, the maximum capacity value is achieved, exceeding the prototype method, which proves the achievement of the declared technical result.

Claims

The method for producing a cathode mass for a thermal chemical current source includes mixing prepared powders of pyrite, a salt electrolyte, magnesium oxide as a stabilizing additive and lithium hydroxide, wherein the pyrite is prepared by grinding and sifting with the selection of fractions of 80-250 μm, then a salt electrolyte is prepared, the composition of which includes components in the following ratio, wt.%:

Lithium chloride 43.0 Potassium chloride 54.0 Lithium fluoride 3.0,

a mixture is prepared from the obtained salt electrolyte and magnesium oxide,

composition, which includes, wt.%:

Magnesium oxide 42-44 Salt electrolyte rest,

after which the resulting mixture of magnesium oxide with a salt electrolyte is mixed with pyrite, a salt electrolyte and lithium hydroxide in the following ratio of components, wt.%:

Lithium hydroxide 3-5 Pyrite 73-75 Mixture of magnesium oxide with salt electrolyte 20-24,

to which a salt electrolyte is additionally added in an amount of 5% of the total mass of the mixture, the resulting mixture is loaded into the drum of a roller mill at the rate of 100 g of the mixture per 150 g of the total mass of porcelain balls with a diameter of 25 mm and mixed in a roller mill for 30-40 minutes to obtain a cathode mass, then the cathode mass is separated from the balls on a vibrating sieve, the separated cathode mass is loaded onto a pallet, which is placed in a vacuum furnace and evacuated to a residual pressure of 0.098 MPa, heated to 350 ° C, held for 60-70 minutes, heated to 500 ° C and held for 70-80 minutes, followed by cooling to 90-100 ° C and unloading it from the vacuum furnace.