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

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 источни

ков 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.

Практическая ценность заключается в том, что

- предложена механизированная технология сушки-гранулирования оксидно-медной активной массы и непрерывного формования ленточных электродов, даны рекомендации по выбору оптимальных параметров этих процессов и параметров используемого оборудования;

- предложены 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;

- разработаны технические решения, позволяющие реализовать оптимизированные технологии, в том числе, разработана конструкция, признанная изобретением, и создан макетный образец гранулятора оксидномедной массы, обеспечивающего стабильное получение гранул оптимального размера;

- повышены эксплуатационные характеристики оксидномедных электродов и их стабильность.

Алгоритм оптимизации процесса формования и математический аппарат для расчета технологических параметров апробированы в условиях серийного производства.

На защиту выносятся:

- закономерности влияния параметров процессов сушки-гранулирования, формования и параметров технологического оборудования на электрические и физико-механические характеристики оксидномедных электродов;

 Скачать реферат