CN113518484B - 一种cnc电极效率成型改善工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CNC电极技术领域，且公开了一种CNC电极效率成型改善工艺，包括以下重量分数配比原料：石墨14‑16份，石油焦14‑16份、改质沥青16‑20份、电锻煤48‑52份、碳纳米管8‑12份、铝粉3‑5份、环氧树脂35‑45份。该CNC电极效率成型改善工艺，其外表面含有含有全氟磺酸型物质，使电极本体电阻率低、导电性能好，能承受强大电流，使单耗和电耗大幅度下降，节约生产成本，通过程序改善，采用直切式加工的程序，相较于传统的CNC编程传统的加工方式是单根柱子加工，采用绕桩式加工程序，可使加工时间提升3倍，由原来12小时加工的时间，提升至4小时加工完成。
Description
技术领域
本发明涉及电极技术领域，具体为一种CNC电极效率成型改善工艺。
背景技术
电极是一种圆柱形物体，是工业硅等冶炼电炉的重要部件，是短网的一部分。依靠电极把经过炉用变压器输送来的低压大电流送到炉内，通过电极端部的电弧，炉料电阻以及熔体，把电能转化成热能而进行高温冶炼。因此，要保持电极完好稳定的运行状态，尽可能地减少电极事故的发生，电极需要以下要求：1)具有良好的导电性，电阻率大小适中，与电气参数相匹配，以减少电流通过电极时电流损失，减少短网压降，达到极心圆最佳功率密度，同时满足冶炼成本达到最佳；2)抗热震性好，热膨胀系数低，当送电条件波动、温度急剧变化时，不易使电极产生裂纹或断裂掉炉，同时具有良好的导热性；3)要有足够的机械强度，在工业硅炉的操作过程中，电极会受到拉、压、弯以及内应力的交变作用，因此应有足够的机械强度；4)杂质含量低。
目前石墨电极的制造工艺已经十分成熟和多样化，成品性能也比较高，但是其在生产CNC电极时存在一下问题，电解液通常是通过石墨毡中的微孔扩散到石墨毡纤维表面进行电极反应。为了使电极反应连续不断的快速进行，电解液需要源源不断的快速及时供给，电极反应的产物需要快速及时传走。仅靠石墨毡自身的微孔扩散，电解液扩散速度较慢，电极反应会产生严重的扩散极化，大大降低液流电池的效率，且电极采用的石墨材料，往往是经过简单的煅烧即可使用，其材料的热膨胀系数交高，导致其抗氧化、抗折强度等性能较差，使其在使用时导电性能差，不能承受强大电流，且现有的CNC编程传统的加工方式是单根柱子加工，采用绕桩式加工程序，这样效率较低。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种CNC电极效率成型改善工艺，解决了电解液扩散速度较慢，电极反应会产生严重的扩散极化，大大降低液流电池的效率，且电极采用的石墨材料，往往是经过简单的煅烧即可使用，其材料的热膨胀系数交高，导致其抗氧化、抗折强度等性能较差，使其在使用时导电性能差，不能承受强大电流，且现有的CNC编程传统的加工方式是单根柱子加工，采用绕桩式加工程序，这样效率较低的问题。
(二)技术方案
本发明提供如下技术方案：一种CNC电极效率成型改善工艺，包括以下重量分数配比原料：石墨14-16份，石油焦14-16份、改质沥青16-20份、电煅煤48-52份、碳纳米管8-12份、铝粉3-5份、环氧树脂35-45份。
进一步的，包括以下步骤：
S1，将电煅煤、石墨和石油焦按比例混合，进行破碎、细磨，使其粒径范围为大于0.05-0.07mm；
S2，将电煅煤、石墨和石油焦的粉末放入煅烧炉中，通入保护气，然后加热到1200-1400℃，保持1-3小时，进行煅烧，形成坯料；
S3，将步骤S2得到的坯料与碳纳米管、铝粉和环氧树脂按照比例均匀混合，得到新的坯料；
S4，将步骤S3中得到的坯料与改质沥青一起搅拌，且将温度增加到250-270℃，搅拌1-3小时；
S5，将步骤S4中得到的坯料冷却至130-150℃，放入压力机中通过15-25MPa压实，保持1小时，得到新的坯料；
S6，将步骤S5得到的坯料粉碎后浸泡在聚乙烯类非极性材料乳液中，形成新的坯料；
S7，将步骤S6得到的坯料加热烘干；
通过采用具有适合浓度的聚乙烯类非极性材料乳液，增加了聚乙烯类非极性材料的流动性，便于其浸渍到坯料的内部通道内，再通过烘干的方式使得其中的溶剂挥发，以将坯料与聚乙烯类非极性材料有机地结合在一起，形成既具有亲水性又具有疏水性的电解液流通通道。这种方法简单，成本较低，容易实现，有利于大规模地生产。
S8，将步骤S7得到的坯料加热烘干物质放入挤压机中，加热至140-160℃，通过8-12MPa的压力进行挤压，然后按照预设要求剪切成段，获得生坯；
这种冷却方式能够防止挤出的原料炸裂，同时也能使其更紧致，提高了抗氧化、抗折强度等性能。
S9，将S8中切断的生坯放入焙烧炉中，对焙烧炉抽真空，通过1300℃高温进行焙烧，获得碳坯；
通过抽真空的方式可以使得焙烧时其内部产生的气体容易逸出，从而使得成品焙烧更彻底、焙烧时间缩短，也就是缩短了生产时间；同时使碳坯形成多孔结构，利于后续浸渍。
S10，将S9得到的碳坯放入浸渍罐内，并预热至360-400℃，保持7小时；然后将浸渍罐抽真空，并保持0.5-1.5小时，再将煤沥青加热至180-200℃后注入浸渍罐内使得碳坯完全浸入煤沥青内。
S11，将S10得到的碳坯与导电剂和粘结剂按质量比为7:2:1采用湿法混合，涂敷在铝箔上，烘干后制成电极；
能够有效的提高电极的抗氧化、抗折强度等性能，降低了材料的热膨胀系数。
S12，将S11得到的电极表面涂覆一层含有全氟磺酸型物质的膜溶液，室温晾干制，含有全氟磺酸类物质的膜溶液的质量分数为1％-5％；
S13，将12得到的电极采用直切式加工，得到CNC电极。
使电极具有更好的循环性能和较高的充放电效率。例如，含有全氟磺酸型物质的电极在0.2C时循环100次后比容量可达880mAh/g，而未加含有全氟磺酸型物质的电极60次后比容量只有410.7mAh/g；含有全氟磺酸型物质的电极的效率为92％，未含有全氟磺酸型物质的的电极效率只有62％。
优选的，所述煤沥青的软化点为90-100℃，结焦值为≥55％，灰分≤0.20％。
优选的，所述步骤S6中的聚乙烯类非极性材料为聚乙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
优选的，所述步骤S7中烘干温度为80～120℃，时间为1-3小时：
优选的，所述步骤S11中的导电剂为乙炔黑，粘结剂为PVDF即聚偏氟乙烯。
优选的，包括以下重量分数配比原料：石墨14份，石油焦14份、改质沥青16份、电煅煤48份、碳纳米管8份、铝粉3份、环氧树脂35份。
优选的，包括以下重量分数配比原料：石墨15份，石油焦15份、改质沥青17份、电煅煤50份、碳纳米管10份、铝粉4份、环氧树脂40份。
优选的，包括以下重量分数配比原料：石墨16份，石油焦16份、改质沥青20份、电煅煤52份、碳纳米管12份、铝粉5份、环氧树脂45份。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种CNC电极效率成型改善工艺，具备以下有益效果：
1、该CNC电极效率成型改善工艺，通过将疏水性的聚乙烯类非极性材料与碳坯有机地结合在一起，减轻电极材料表面的堵塞现象，，并减少电解液在电极中的滞留，从而提高了电解液相对于该电池材料的传输性能。同时，聚乙烯类非极性材料浸渍到碳坯的内部，有利于增强电极材料的机械强度，即使电极材料出现堵塞情况，也易于清洗，这样就有效地提高了电池堆充放电效率并延长其使用寿命。
2、该CNC电极效率成型改善工艺，可生产可大规格电极，由于热膨胀系数低，所以抗热震性好；抗氧化、抗折强度等性能均优于市面的电机；杂质含量低，生产的产品品位高，工艺简单，且制造成本偏低，成品性能不弱于市场上的主流成品，甚至优于进口成品。因此，能够为企业带来更大的利润空间，提高企业的竞争力。
3、该CNC电极效率成型改善工艺，其外表面含有含有全氟磺酸型物质，使电极本体电阻率低、导电性能好，能承受强大电流，使单耗和电耗大幅度下降，节约生产成本。
4、该CNC电极效率成型改善工艺，通过程序改善，采用直切式加工的程序，相较于传统的CNC编程传统的加工方式是单根柱子加工，采用绕桩式加工程序，可使加工时间提升3倍，由原来12小时加工的时间，提升至4小时加工完成。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一种CNC电极效率成型改善工艺，其特征在于，包括以下重量分数配比原料：石墨14份，石油焦14份、改质沥青16份、电煅煤48份、碳纳米管8份、铝粉3份、环氧树脂35份。
进一步的，包括以下步骤：
S1，将电煅煤、石墨和石油焦按比例混合，进行破碎、细磨，使其粒径范围为大于0.05mm；
S2，将电煅煤、石墨和石油焦的粉末放入煅烧炉中，通入保护气，然后加热到1200℃，保持1小时，进行煅烧，形成坯料；
S3，将步骤S2得到的坯料与碳纳米管、铝粉和环氧树脂按照比例均匀混合，得到新的坯料；
S4，将步骤S3中得到的坯料与改质沥青一起搅拌，且将温度增加到250℃，搅拌1小时；
S5，将步骤S4中得到的坯料冷却至130℃，放入压力机中通过15MPa压实，保持1小时，得到新的坯料；
S6，将步骤S5得到的坯料粉碎后浸泡在聚乙烯类非极性材料乳液中，形成新的坯料；
S7，将步骤S6得到的坯料加热烘干；
S8，将步骤S7得到的坯料加热烘干物质放入挤压机中，加热至140℃，通过8MPa的压力进行挤压，然后按照预设要求剪切成段，获得生坯；
S9，将S8中切断的生坯放入焙烧炉中，对焙烧炉抽真空，通过1300℃高温进行焙烧，获得碳坯；
S10，将S9得到的碳坯放入浸渍罐内，并预热至360℃，保持7小时；然后将浸渍罐抽真空，并保持0.5小时，再将煤沥青加热至180℃后注入浸渍罐内使得碳坯完全浸入煤沥青内；
S11，将S10得到的碳坯与导电剂和粘结剂按质量比为7:2:1采用湿法混合，涂敷在铝箔上，烘干后制成电极；
S12，将S11得到的电极表面涂覆一层含有全氟磺酸型物质的膜溶液，室温晾干制，含有全氟磺酸类物质的膜溶液的质量分数为1％；
S13，将S12得到的电极采用直切式加工，得到CNC电极。
进一步的，所述煤沥青的软化点为90℃，结焦值为≥55％，灰分≤0.20％。
进一步的，所述步骤S6中的聚乙烯类非极性材料为聚乙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
进一步的，所述步骤S7中烘干温度为80℃，时间为1小时：
进一步的，所述步骤S11中的导电剂为乙炔黑，粘结剂为PVDF即聚偏氟乙烯
实施例
一种CNC电极效率成型改善工艺，包括以下重量分数配比原料：石墨15份，石油焦15份、改质沥青17份、电煅煤50份、碳纳米管10份、铝粉4份、环氧树脂40份
进一步的，包括以下步骤：
S1，将电煅煤、石墨和石油焦按比例混合，进行破碎、细磨，使其粒径范围为大于0.06mm；
S2，将电煅煤、石墨和石油焦的粉末放入煅烧炉中，通入保护气，然后加热到1300℃，保持2小时，进行煅烧，形成坯料；
S3，将步骤S2得到的坯料与碳纳米管、铝粉和环氧树脂按照比例均匀混合，得到新的坯料；
S4，将步骤S3中得到的坯料与改质沥青一起搅拌，且将温度增加到260℃，搅拌12小时；
S5，将步骤S4中得到的坯料冷却至140℃，放入压力机中通过20MPa压实，保持1小时，得到新的坯料；
S6，将步骤S5得到的坯料粉碎后浸泡在聚乙烯类非极性材料乳液中，形成新的坯料；
S7，将步骤S6得到的坯料加热烘干；
S8，将步骤S7得到的坯料加热烘干物质放入挤压机中，加热至150℃，通过10MPa的压力进行挤压，然后按照预设要求剪切成段，获得生坯；
S9，将S8中切断的生坯放入焙烧炉中，对焙烧炉抽真空，通过1300℃高温进行焙烧，获得碳坯；
S10，将S9得到的碳坯放入浸渍罐内，并预热至380℃，保持7小时；然后将浸渍罐抽真空，并保持1小时，再将煤沥青加热至190℃后注入浸渍罐内使得碳坯完全浸入煤沥青内；
S11，将S10得到的碳坯与导电剂和粘结剂按质量比为7:2:1采用湿法混合，涂敷在铝箔上，烘干后制成电极；
S12，将S11得到的电极表面涂覆一层含有全氟磺酸型物质的膜溶液，室温晾干制，含有全氟磺酸类物质的膜溶液的质量分数为3％；
S13，将S12得到的电极采用直切式加工，得到CNC电极。
进一步的，所述煤沥青的软化点为95℃，结焦值为≥55％，灰分≤0.20％。
进一步的，所述步骤S6中的聚乙烯类非极性材料为聚乙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
进一步的，所述步骤S7中烘干温度为100℃，时间为2小时.
进一步的，所述步骤S11中的导电剂为乙炔黑，粘结剂为PVDF即聚偏氟乙烯。
实施例
一种CNC电极效率成型改善工艺，包括以下重量分数配比原料：石墨16份，石油焦16份、改质沥青20份、电煅煤52份、碳纳米管12份、铝粉5份、环氧树脂45份。
进一步的，包括以下步骤：
S1，将电煅煤、石墨和石油焦按比例混合，进行破碎、细磨，使其粒径范围为大于0.07mm；
S2，将电煅煤、石墨和石油焦的粉末放入煅烧炉中，通入保护气，然后加热到1400℃，保持3小时，进行煅烧，形成坯料；
S3，将步骤S2得到的坯料与碳纳米管、铝粉和环氧树脂按照比例均匀混合，得到新的坯料；
S4，将步骤S3中得到的坯料与改质沥青一起搅拌，且将温度增加到270℃，搅拌3小时；
S5，将步骤S4中得到的坯料冷却至150℃，放入压力机中通过25MPa压实，保持1小时，得到新的坯料；
S6，将步骤S5得到的坯料粉碎后浸泡在聚乙烯类非极性材料乳液中，形成新的坯料；
S7，将步骤S6得到的坯料加热烘干；
S8，将步骤S7得到的坯料加热烘干物质放入挤压机中，加热至160℃，通过12MPa的压力进行挤压，然后按照预设要求剪切成段，获得生坯；
S9，将S8中切断的生坯放入焙烧炉中，对焙烧炉抽真空，通过1300℃高温进行焙烧，获得碳坯；
S10，将S9得到的碳坯放入浸渍罐内，并预热至400℃，保持7小时；然后将浸渍罐抽真空，并保持1.5小时，再将煤沥青加热至200℃后注入浸渍罐内使得碳坯完全浸入煤沥青内；
S11，将S10得到的碳坯与导电剂和粘结剂按质量比为7:2:1采用湿法混合，涂敷在铝箔上，烘干后制成电极；
S12，将S11得到的电极表面涂覆一层含有全氟磺酸型物质的膜溶液，室温晾干制，含有全氟磺酸类物质的膜溶液的质量分数为5％；
S13，将12得到的电极采用直切式加工，得到CNC电极。
进一步的，所述煤沥青的软化点为90-100℃，结焦值为≥55％，灰分≤0.20％。
进一步的，所述步骤S6中的聚乙烯类非极性材料为聚乙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
进一步的，所述步骤S7中烘干温度为120℃，时间为3小时。
进一步的，所述步骤S11中的导电剂为乙炔黑，粘结剂为PVDF即聚偏氟乙烯。
为了对比本发明生产的CNC电极的效果，将市面上的普通CNC电极和本发明中的实施例1、实施例2和实施例生产的电机，也按同样的方式组装成电池，数量均为100组，并且按同样的测试方法进行测试，最为对比例，对于各实施例的充放电过程中的效率及比容量祥见表1。
表1
本发明的有益效果是：
该CNC电极效率成型改善工艺，通过将疏水性的聚乙烯类非极性材料与碳坯有机地结合在一起，减轻电极材料表面的堵塞现象，，并减少电解液在电极中的滞留，从而提高了电解液相对于该电池材料的传输性能。同时，聚乙烯类非极性材料浸渍到碳坯的内部，有利于增强电极材料的机械强度，即使电极材料出现堵塞情况，也易于清洗，这样就有效地提高了电池堆充放电效率并延长其使用寿命。
2、该CNC电极效率成型改善工艺，可生产可大规格电极，由于热膨胀系数低，所以抗热震性好；抗氧化、抗折强度等性能均优于市面的电机；杂质含量低，生产的产品品位高，工艺简单，且制造成本偏低，成品性能不弱于市场上的主流成品，甚至优于进口成品。因此，能够为企业带来更大的利润空间，提高企业的竞争力。
3、该CNC电极效率成型改善工艺，其外表面含有含有全氟磺酸型物质，使电极本体电阻率低、导电性能好，能承受强大电流，使单耗和电耗大幅度下降，节约生产成本。
4、该CNC电极效率成型改善工艺，通过程序改善，采用直切式加工的程序，相较于传统的CNC编程传统的加工方式是单根柱子加工，采用绕桩式加工程序，可使加工时间提升3倍，由原来12小时加工的时间，提升至4小时加工完成。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种CNC电极效率成型改善工艺，其特征在于，包括以下重量分数配比原料：石墨14-16份，石油焦14-16份、改质沥青16-20份、电煅煤48-52份、碳纳米管8-12份、铝粉3-5份、环氧树脂35-45份；
包括以下步骤：
S1，将电煅煤、石墨和石油焦按比例混合，进行破碎、细磨，使其粒径范围为大于0.05-0.07mm；
S2，将电煅煤、石墨和石油焦的粉末放入煅烧炉中，通入保护气，然后加热到1200-1400℃，保持1-3小时，进行煅烧，形成坯料；
S3，将步骤S2得到的坯料与碳纳米管、铝粉和环氧树脂按照比例均匀混合，得到新的坯料；
S4，将步骤S3中得到的坯料与改质沥青一起搅拌，且将温度增加到250-270℃，搅拌1-3小时；
S5，将步骤S4中得到的坯料冷却至130-150℃，放入压力机中通过15-25MPa压实，保持1小时，得到新的坯料；
S6，将步骤S5得到的坯料粉碎后浸泡在聚乙烯类非极性材料乳液中，形成新的坯料；
S7，将步骤S6得到的坯料加热烘干；
S8，将步骤S7得到的坯料加热烘干物质放入挤压机中，加热至140-160℃，通过8-12MPa的压力进行挤压，然后按照预设要求剪切成段，获得生坯；
S9，将S8中切断的生坯放入焙烧炉中，对焙烧炉抽真空，通过1300℃高温进行焙烧，获得碳坯；
S10，将S9得到的碳坯放入浸渍罐内，并预热至360-400℃，保持7小时；然后将浸渍罐抽真空，并保持0.5-1.5小时，再将煤沥青加热至180-200℃后注入浸渍罐内使得碳坯完全浸入煤沥青内；
S11，将S10得到的碳坯与导电剂和粘结剂按质量比为7:2:1采用湿法混合，涂敷在铝箔上，烘干后制成电极；
S12，将S11得到的电极表面涂覆一层含有全氟磺酸型物质的膜溶液，室温晾干制，含有全氟磺酸类物质的膜溶液的质量分数为1％-5％；
S13，将S12得到的电极采用直切式加工，得到CNC电极。
2.根据权利要求1所述的一种CNC电极效率成型改善工艺，其特征在于，所述煤沥青的软化点为90-100℃，结焦值为≥55％，灰分≤0.20％。
3.根据权利要求1所述的一种CNC电极效率成型改善工艺，其特征在于，所述步骤S6中的聚乙烯类非极性材料为聚乙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种CNC电极效率成型改善工艺，其特征在于，所述步骤S7中烘干温度为80～120℃，时间为1-3小时。
5.根据权利要求1所述的一种CNC电极效率成型改善工艺，其特征在于，所述步骤S11中的导电剂为乙炔黑，粘结剂为PVDF即聚偏氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的一种CNC电极效率成型改善工艺，其特征在于，包括以下重量分数配比原料：石墨14份，石油焦14份、改质沥青16份、电煅煤48份、碳纳米管8份、铝粉3份、环氧树脂35份。
7.根据权利要求1所述的一种CNC电极效率成型改善工艺，其特征在于，包括以下重量分数配比原料：石墨15份，石油焦15份、改质沥青17份、电煅煤50份、碳纳米管10份、铝粉4份、环氧树脂40份。
8.根据权利要求1所述的一种CNC电极效率成型改善工艺，其特征在于，包括以下重量分数配比原料：石墨16份，石油焦16份、改质沥青20份、电煅煤52份、碳纳米管12份、铝粉5份、环氧树脂45份。
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