Закономерности процесса формования электродов на основе оксида меди и влияние параметров процесса на эксплуатационные характеристики литиевых источников тока
- математическое описание процесса непрерывного формования оксидномедных электродных лент, алгоритмы управления процессом и расчёта оптимальных параметров процесса формования электродов и параметров технологического оборудования, математический аппарат для расчета параметров процесса формования по заданным характеристикам электродов;
- оптимизированная технология сушки-гранулирования оксидн
омедных масс и формования ленточных электродов; рекомендованные оптимальные размеры гранул, параметры процессов сушки-гранулирования, формования и параметры технологического оборудования;
- разработанные технические решения, позволяющие реализовать оптимизированные технологии.
Апробация и внедрение работы. Материалы диссертации доложены на трех международных научных конференциях, на заседаниях технических советов НЛП «Квант» г. Москва, ОАО «Литий-элемент» г. Саратов, Хозрасчетного научно-производственного центра «Интеграл» и ОКТБ «Орион» г. Новочеркасск. Технологические рекомендации, разработанные алгоритмы и математический аппарат для технологических расчетов внедрены в НЛП «Квант», НПЦ «Интеграл» и ОАО «Литий-элемент».
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 6 работах, том числе, в 2 статьях в центральных журналах. Получен патент на изобретение.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 166 страниц машинописного текста, содержит 52 рисунка и 10 таблиц. Список литературы включает 280 наименований.
Содержание работы
Во введении обоснованы актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту, описаны структура диссертации, апробация и внедрение результатов работы.
В первой главе проведен анализ состояния разработок ЛИТ, технологии и оборудования для изготовления положительных электродов. Кроме этого проанализированы технологии и оборудование для изготовления лент и листов из металлических и неметаллических порошков, паст и сырой резины в машиностроении, химической и резинотехнической промышленности.
Показано, что в большинстве конструкций ЛИТ используют тонкие электроды в виде лент, пластин и дисков. Тонкие пластины и диски обычно изготавливают вырубкой из электродных лент. Проанализированы составы активных масс положительных электродов. В большинстве случаев активные массы электродов с твердыми деполяризаторами содержат порошок активного материала, токопроводящей добавки (обычно углеродный материал - 8 .10%) и связующего (5 . 10%). В ЛИТ с твердыми деполяризаторами используют электролиты на основе органических растворителей, поэтому связующие должны обладать высокой стойкостью по отношению к этим электролитам. Поэтому в качестве связующего активных масс положительных электродов в основном используют фторопласты (тефлон, политетрафторэтилен, реже смеси фторированных полимеров). Фторопласт в активную массу вводят в виде суспензий Или порошков. Недостатком масс с фторопластовым связующим является высокая тиксотропность паст и сложность по сравнению с другими массами сохранения физико-механических свойств во время переработки. Отмечено, что положительные ленточные электроды должны иметь заданную плотность, пористость, достаточно высокую электропроводность, кроме этого они должны обладать высокой механической прочностью, гибкостью и эластичностью.
Аналитический обзор технологий изготовления положительных электродов ЛИТ и других химических источников тока, а также технологий ленточных и рулонных материалов показал, что формование прокаткой - наиболее предпочтительный способ изготовления электродных лент толщиной более 0,3 мм. Прокатка высокопроизводительна, позволяет легко регулировать толщину получаемых электродов. Анализ причин брака тонких ленточных электродов позволяет утверждать, что предпочтительным вариантом формования ленточных электродов является прокатка лент активной массы с последующей накаткой их на токоотвод. Кроме этого показано, что использование гранулированной активной массы улучшает условия формования лент, транспортирования и подачи массы в валки, уменьшает потери материалов. Проведен анализ способов гранулирования материалов и оборудования для их реализации. Сделан обзор оборудования для формования электродов.
Результаты анализа состояния производства ЛИТ показывают, что не исследовано влияние параметров технологических процессов и оборудования на эксплуатационные характеристики электродов. Мала эффективность используемых технологий и оборудования. Не оптимизированы режимы процесса формования положительных электродов и параметры технологического оборудования, низка воспроизводимость характеристик электродов. Без решения этих проблем невозможно совершенствовать технологии и оборудование производства ЛИТ. В связи с этим сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.
Во второй главе описаны объекты и методы исследования.
Объектами исследования являлись:
1) гранулированная активная масса на основе CuQ, содержащая порошок СиО (85 .87%), полученный переработкой оксида меди марки «чда», технический углерод (5 . 10%) и фторопластовое связующее (5 . 10%); ленты активной массы, сформованные прокаткой, ленточных оксидномедные электроды, макеты литиевых источников тока с оксидномедными электродами;
2) гранулы активной массы, прокатанные из активной массы ленты и ленточные электроды с активным слоем на основе СиО;
3) процесс формования ленточных электродов прокаткой, а также процессы гранулирования и обезвоживания активной массы перед формованием.
Активную массу получали смешением порошков оксида меди (П) и технического углерода (АД-200, ПМЭ-ОВ), затем в смесь добавляли разбавленную суспензию фторопласта марки Ф4Д и перемешивали до получения однородной пасты. Из пасты активной массы получали гранулы размером 5 . 15 мм, которые сушили и использовали для формования электродов. Перед формованием лент активной массы гранулы пропитывали органической жидкостью. В качестве пропитывающей жидкости обычно использовали гептан. Кроме того, использовали предельные углеводороды от гептана до тридекана, бензин, керосин и петролейный эфир марок: 40-70 и 70-100.
Формование электродных лент проводили в два этапа: формовали ленты из гранул оксидномедной массы, которые затем накатывали с двух сторон на сетчатый токоотвод.
Исследование процесса сушки гранул и лент активной массы проводили с помощью термогравиметра с механотронным датчиком массы образца. Исследование процессов гранулирования активной массы и формования электродов проводили на лабораторных установках и макетах оборудования, разработанных и изготовленных в лаборатории «Механизация и автоматизация производства химических источников тока» ЮРГТУ (НПИ).
Исследование электрических характеристик электродов проводили в ячейках, макетах источников тока и серийных источниках. При испытаниях электродов использовали гальваностатический режим разряда, реже разряд на постоянное сопротивление. Для определения физико-механических характеристик электродных лент использовали общепринятые методики и стандартизованное оборудование и приспособления.
Скачать реферат