Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Закономерности процесса формования электродов на основе оксида меди и влияние параметров процесса на эксплуатационные характеристики литиевых источников тока

Новочеркасск - 2008

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Литиевые источники тока (ЛИТ) относят к новым, нетрадиционным химическим источникам тока. Однако за последние 25-30 лет они прошли путь от поисковых исследований до серийного производства широкой номенклатуры источников тока. Уникальные эксплуатационные характеристики ЛИТ позволили им завоевать значительную часть рынка автономных источников электропитания, которая стабильно увеличивается с каждым годом по мере развития военной и космической техники, бытовой и промышленной радиотехники и электроники, вычислительной техники, мобильной медицинской аппаратуры и т.д. Сдерживает дальнейшее расширение рынка ЛИТ их относительная дороговизна, что напрямую связано с низкой эффективностью технологических процессов и оборудования, а в ряде случаев с невысокой стабильностью характеристик элементов и аккумуляторов. Решение этих проблем невозможно без всестороннего исследования процессов, используемых в промышленной технологии ЛИТ, выбора наиболее эффективных технологических процессов, оптимизации параметров этих процессов и параметров применяемого оборудования, разработки алгоритмов управления технологическими процессами с целью достижения высокого качества источников тока и снижения производственных потерь. Несмотря на несомненную актуальность проведения научно-исследовательских и технологических работ в этих направлениях, ученые и разработчики уделяют недостаточно внимания исследованию промышленных технологий производства ЛИТ, влияния режимов технологических процессов на качество источников тока в целом и электродов в частности. Так, практически отсутствуют работы, посвященные выявлению связей параметров процесса формования электродов и их электрических характеристик. Не изучены закономерности влияния параметров технологического оборудования на эксплуатационные характеристики электродов.

Известно, что характеристики положительных электродов ЛИТ в большинстве случаев определяют удельные электрические характеристики источников в целом. Технологические процессы изготовления этих электродов сложны, трудоемки и энергоемки, поэтому от их эффективности во многом зависит эффективность всего производства ЛИТ и стоимость выпускаемых источников. Несмотря на это, технологии положительных электродов ЛИТ не уделяется должного внимания.

Литиевые источники тока с катодами на основе оксида меди (П) — элементы одной из наиболее исследованных электрохимических систем с литиевым анодом. Эти элементы доведены до производства и выпускаются серийно. Однако эффективность производства оксидномедных катодов и степень исследованности технологических процессов, в частности процесса формования ленточных электродов, невысока.

Обобщая вышеизложенное, можно утверждать, что актуальным является исследование закономерностей процесса формования электродов на основе СuО и влияния параметров этого процесса на эксплуатационные характеристики литиевых источников тока.

Целью работы являлось совершенствование и оптимизация технологии изготовления ленточных оксидномедных электродов литиевых источников тока, пригодной для промышленного использования, обеспечивающей высокую производительность, снижение технологических потерь и повышение воспроизводимости технико-эксплуатационных характеристик электродов, за счет учета закономерностей влияния на эксплуатационные характеристики электродов параметров процессов гранулирования активной массы и формования ленточных электродов и параметров используемого оборудования,

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

-        исследование электрических и физико-механических свойств сформованных оксидномедных ленточных электродов, установление закономерных связей параметров технологических процессов и оборудования с характеристиками электродов и показателями эффективности процессов;

-        исследование закономерностей процесса формования оксидномедных электродов, а также исследование влияния размеров гранул оксидномедной активной массы и режимов их обезвоживания на процесс формования электродов и их эксплуатационные характеристики;

-        разработка математического описания процесса формования ленточных оксидномедных электродов, алгоритмов оптимизации и управления этим процессом;

-        определение оптимальных параметров процесса формования и используемых для формования гранул и режимов их обезвоживания, а также параметров технологического оборудования, обеспечивающих требуемые электрические и физико-механические характеристики электродов

-        разработка эффективных технических решений, позволяющих реализовать оптимизированные технологии гранулирования оксидномедных масс и формования ленточных оксидномедных электродов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

-        установлены закономерности влияния параметров процесса сушки-гранулирования и процесса формования на характеристики оксидномедных электродов, а также закономерности процессов сопутствующих формованию: опережения, отставания, уширения, усадки и сушки лент на основе оксида меди (П);

-        разработана математическое описание и алгоритм управления процессом непрерывного формования ленточных оксидномедных электродов ЛИТ с учётом опережения лент активной массы;

-        разработан алгоритм, позволяющий определить, рассчитать и оптимизировать параметры процесса формования электродов и соответствующего технологического оборудования, а также математический аппарат для расчета параметров процесса формования по заданным характеристикам электродов;

-        получен новый экспериментальный материал о физико-механических и технологических свойствах оксидномедных активных масс и электродных лент, непосредственно влияющих на процесс изготовления электродов и параметры технологического оборудования, а также о физико-механических свойствах прокатанных лент активной массы в зависимости от параметров процесса прокатки. ............