СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ПРИВАРКИ ТОКОСЪЕМНОГО УЗЛА К ОСНОВЕ ВОЛОКНОВОГО ЭЛЕКРОДА
METHOD OF CONTACT WELDING OF CURRENT COLLECTOR UNIT TO BASE OF FIBROUS ELECTRODE

Изобретение «Способ контактной приварки токосъемного узла к основе волокнового электрода» относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве щелочных аккумуляторов с волокновыми электродами.
В настоящее время широкое развитие получили работы по созданию никель-кадмиевых аккумуляторов с высокоэнергоемкими электродами на основе высокопористого материала волоконного типа. Использование этих материалов позволяет снизить материалоемкость при производстве и повысить циклический ресурс никель-кадмиевых аккумуляторов. При изготовлении волокнового электрода многое зависит от правильного соединения токосъема с основой электрода. Существует несколько способов приварки, которые могут подойти для изготовления волокнового электрода. Во-первых, аргонодуговая сварка, но ее недостатком является невысокая производительность при использовании ручного варианта. Во-вторых, диффузионная сварка, однако производительность невысока из-за наличия таких операций, как вакуумирование камеры, нагрев деталей, выдержка для проведения диффузии. В-третьих, точечная контактная сварка, при которой детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. С помощью точечной контактной сварки можно создавать до 600 соединений за 1 минуту, поэтому данное изобретение направлено на повышение мощностных характеристик волокнового электрода, снижение времени и стоимости изготовления и увеличение срока службы за счет использования точечной контактной сварки без потери качества волокнового электрода.
Известен способ изготовления электрода для электрической аккумуляторной батареи [1], имеющий токопроводящую подложку, состоящую из тканого материала или войлочных эластичных волокон графита и электрохимически активного материала, осажденного на поверхности подложки и/или между волокнами. В патенте кратко упоминается, что токоотводы электрода могут состоять из металлических дугообразных перемычек, фиксирующих полоски графитового волокна.
Известен способ изготовления батарейных пластин [2] на основе каркаса из прессованных и сплавленных металлических волокон. Одну из сторон батарейных пластин дополнительно поджимают с последующей точечной приваркой никелевых токоотводов.
Узел крепления токоотводов, выполненный по двум вышеприведенным патентам, обладает недостаточной механической прочностью при большой массе и высоком электрическом сопротивлении.
Известна сборка металл - пористый сепаратор [3], в которой прочное соединение токоотвода с диэлектриком достигается посредством электролитического осаждения металла в порах диэлектрической мембраны за счет прохождения через поры мембраны линий электрического поля.
Недостатком данного способа соединения токоотвода с неметаллическим электродом является неприменимость по отношению к электродам, имеющим токопроводящий пористый каркас.
Известен способ присоединения металлической шины к электроду электрохимического элемента со вспененной основой [4], которая заполнена активной массой и спрессована, при этом в месте крепления электрода к шине проделана сквозная коническая перфорация. На шине имеются конические пуклевки, которые при приварке входят в отверстия перфорации и привариваются сваркой сопротивлением с поджатием к полосе металла, расположенной на противоположной стороне электрода.
Недостатком данного способа являются сложность и трудоемкость технологического процесса из-за необходимости нанесения и точного совмещения перфорации и пуклевок.
Известен способ изготовления оксидно-никелевого электрода для никель-водородного аккумулятора космического назначения на основе высокопористого материала волоконного типа с диффузионной приваркой токосъема в зоне дополнительного осаждения никеля при температуре 450-550°С в среде водорода [5].
Недостатками данного способа являются высокая стоимость изготовления из-за применения никелевых контактов, достаточная продолжительность операции приварки и применение дополнительного оборудования из-за применения диффузионной приварки токосъема при высокой температуре в среде водорода.
Техническим решением, наиболее близким к предлагаемому и потому принятым за прототип, является способ изготовления металлокерамического электрода на основе никелевой или покрытой никелем проволочной решетки с последующей приваркой токосъемного узла [6].
Недостатком данного способа является то, что, во-первых, токоотвод имеет перфорацию и небольшую поверхность для приварки, что ухудшает снятие тока с электрода, а во-вторых, место под приварку токоотвода выдавливается на уже сформированном и пропитанном активными массами электроде, что влечет за собой ухудшение качества сварки.
Технической задачей изобретения является разработка экономически эффективного способа контактной приварки токосъемного узла к основе войлочного электрода с целью повышения его мощностных характеристик и увеличения срока службы.
2
Указанный технический результат достигается способом контактной приварки токосъемного узла к основе волокнового электрода путем уплотнения зоны дополнительного осаждения никеля площадью 5,8-6,9% относительно общей площади заготовки удельным давлением 21400-22300 кгс/см и уменьшения ширины контактной планки относительно ширины зоны дополнительного осаждения никеля на 8,3-16,7% для получения качественного контакта заготовки волокнового электрода с токоотводом.
На иллюстрациях показано:
Фиг.1 - Общий вид заготовки волокнового электрода с местом под приварку контактной планки.
Фиг.2 - Общий вид заготовки волокнового электрода с контактной планкой.
Фиг.3 - Общий вид контактной планки.
Фиг.4 - Схема приварки контактной планки к заготовке волокнового электрода.
2
Предложенный способ приварки токосъемного узла к основе волокнового электрода заключается в следующем. Основу для волокнового электрода разрезают в необходимый размер заготовки. У каждой заготовки подпрессовывают зону дополнительного осаждения никеля площадью 5,8-6,9% относительно общей площади заготовки удельным давлением 21400-22300 кгс/см для обеспечения качественной приварки контактной планки. Длина контактной планки соответствует ширине заготовки волокнового электрода, а ширина контактной планки уменьшена на 8,3-16,7% относительно ширины зоны дополнительного осаждения никеля. Контактную планку размещают в подпрессованной зоне и с помощью точечносварочного оборудования проводят операцию по приварке контактной планки к заготовке волокнового электрода током 130-160 А в течение 0,15-0,35 с.
Выбор величин удельного давления, площади зоны подпрессовки, ширины контактной планки и режима контактной приварки продиктован следующими соображениями.
2
2
При удельном давлении ниже 21400 кгс/см имеет место недопрессовка зоны дополнительного осаждения никеля, что приводит к ухудшению качества приварки контактной планки, а при удельном давлении выше 22300 кгс/см заготовка повреждается вследствие отрыва зоны дополнительного осаждения никеля.
При площади зоны подпрессовки меньше 5,8% относительно общей площади заготовки происходит порча заготовки вследствие невозможности приварки к ней контактной планки, а при площади больше 6,9% нерационально используется площадь заготовки, что в дальнейшем ведет к потере части теоретической емкости волокнового электрода вследствие невозможности нанесения активной массы на подпрессованную поверхность.
При ширине контактной планки меньше 8,3% относительно ширины зоны дополнительного осаждения никеля происходит плохое сцепление основы электрода с токосъемом или провары основы, а при ширине больше 16,7% портится основа электрода вследствие невозможности проведения контактной приварки планки к заготовке электрода.
При режиме контактной сварки меньше 130 А и 0,15 с не происходит приварки контактной планки к основе волокнового электрода, а при режиме контактной сварки больше 160 А и 0,35 с происходит порча заготовки электрода вследствие глубоких проваров или прилипания волокновой основы к сварочным электродам.
Приведенные данные подтверждают возможность практической реализации заявленного изобретения с достижением заявленного технического результата.
На основании вышеизложенного следует, что заявленное изобретение соответствует критерию "новизна".
Предлагаемый экономически эффективный способ дает возможность изготовления войлочных электродов для щелочного аккумулятора с повышенными мощностными характеристиками. Использование данного изобретения в промышленности позволяет производить никель-кадмиевые аккумуляторы с высокими эксплуатационными показателями.
Источники информации
1. Патент Франции №1465642 от 12.1966 г.
2. Патент США №3600227, заявл. 30.09.1969 г.
3. Патент США №4211829, заявл. 18.04.1978 г.
4. Патент США №5086969, заявл. 18.12.1990 г.
5. Патент России №2148284, заявл. 23.07.1998 г.
6. Патент США №2861115, заявл. 20.02.1956 г.