CN114639556A - 一种超级电容复合电极材料的生产设备及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容复合电极材料的生产设备，包括底座，所述底座上表面固定连接有支撑块，所述支撑块上表面共同固定连接有主体，所述主体内设置有调节机构；所述调节机构包括与主体底壁由轴承贯穿转动连接的第一转动管，所述第一转动管位于主体内的一段通过轴承贯穿转动连接有若干连接块，所述连接管贯穿固定连接有转动块，其中一个所述转动块开设有功能腔，所述功能腔内滑动连接有离心柱，所述离心柱与功能腔内侧壁之间固定连接有导电弹簧，所述功能腔内侧壁开设有调节槽，所述调节槽内壁固定连接有电阻线圈。优点在于：本发明的生产设备可以在搅拌的同时，自动对温度进行控制，且加热效果更加均匀，搅拌效果更好。

Description

一种超级电容复合电极材料的生产设备及其工艺

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，尤其涉及一种超级电容复合电极材料的生产设备及其工艺。

背景技术

电容器是众多电子元器件中的一种，电容器的种类有很多种，其中超级电容器则是其中的一种，超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性，具有功率密度高、循环寿命长、工作温限宽、免维护、绿色环保等优点，超级电容器的电极材料有很多种，其中石墨烯电极材料则是其中的一种，电极材料的生产往往需要使用到设备进行生产。

现有技术中，生产设备在加工过程中，需要进行加热搅拌，由于需要恒温进行搅拌，因此需要时刻关注内部温度，无法自动对温度进行自动控制，使用较为繁琐，同时现有的加热方式往往是在设备内壁设置电热板，从而导致位于中心位置的混合物的加热效果一般，从而导致热量分布不均，且现有设备的搅拌混合效果也相对一般。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中温度无法自行控制、加热不均、搅拌效果一般等问题，而提出的一种超级电容复合电极材料的生产设备及其工艺。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种超级电容复合电极材料的生产设备，包括底座，所述底座上表面固定连接有支撑块，所述支撑块上表面共同固定连接有主体，所述主体内设置有调节机构；

所述调节机构包括与主体底壁由轴承贯穿转动连接的第一转动管，所述第一转动管位于主体内的一段通过轴承贯穿转动连接有若干连接块，所述连接管贯穿固定连接有转动块，其中一个所述转动块开设有功能腔，所述功能腔内滑动连接有离心柱，所述离心柱与功能腔内侧壁之间固定连接有导电弹簧，所述功能腔内侧壁开设有调节槽，所述调节槽内壁固定连接有电阻线圈，所述离心柱位于调节槽一侧的侧壁固定连接有导电块，所述第一转动管位于主体内部的一段固定连接有热敏电阻，所述主体内侧壁嵌设有若干电热板，所述主体上表面固定连接有固定盒，所述第一转动管位于主体外部的一段与固定盒顶壁通过轴承贯穿转动连接，所述固定盒侧壁与底座共同贯穿转动连接有进气管，所述进气管内设置有流速调节阀。

进一步，所述固定盒内填充有活性炭，所述第一转动管位于所述主体与固定盒之间的一端过盈配合有从动齿轮，所述底座上表面固定连接有驱动电机，所述驱动电机的输出轴固定连接有主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮啮合。

进一步，所述转动块处设置有搅动机构，所述搅动机构包括与转动块远离所述第一转动管侧壁固定连接的固定杆，所述固定杆过盈配合有伞齿轮，所述主体内侧壁固定连接有若干环形齿条，所述转动块内开设有过气腔，所述转动块侧壁通过轴承贯穿转动连接有若干第二转动管，所述第二转动管贯穿延伸至过气腔内，所述连接管一端贯穿延伸至过气腔内，另一端贯穿延伸至所述第一转动管内，所述第二转动管侧壁贯穿固定连接有固定板，所述固定块为空心结构且相对的两个侧壁均开设有气孔。

进一步，所述搅动机构还包括与底座通过轴承转动连接的磁力环，所述磁力环固定连接有齿圈，所述齿圈与主动齿轮啮合，所述底座底壁开设有环形槽，所述环形槽内滑动连接有若干金属滑块，所述金属滑块固定连接有搅动叶。

进一步，所述环形槽与金属滑块的截面均为T字型。

进一步，所述主体内设置有进料机构，所述进料机构包括开设在主体底壁内的空腔，所述第一转动管位于空腔内的一段开设有若干进料孔，所述支撑块为空心结构，所述主体底壁与支撑块顶壁共同贯穿固定连接有固定管，所述固定管一端贯穿延伸至支撑块内，另一端贯穿延伸至所述空腔内。

进一步，所述固定管内设置有单向阀。

本发明还提供了一种超级电容复合电极材料的生产工艺，包括以下步骤：

S1、首先将石墨、硝酸钠、浓硫酸超声分散，而后转入冰浴中，并在氮气的保护下，向反应容器中逐步加入高锰酸钾；

S2、将反应容器中的混合物转入主体内，并开启驱动电机，通过主动齿轮与从动齿轮的啮合，使得第一转动管与转动块转动，通过固定板与搅动叶对混合物进行搅拌，搅拌1.5-3.5h；

S3、搅拌均匀后再加去离子水，并开启电电热板，同时向进气管通入高压高温气体，通过调节机构控制内部加热温度，恒温进行加热搅拌，将温度控制在80-100℃之间，加热1-2h；

S4、恒温加热搅拌后，将混合物静置，冷却到10-40℃后，转入下一设备，加双氧水，然后离心洗涤，真空冷冻干燥，得到氧化石墨，再将氧化石墨镍盐及钴盐分散在溶剂中，室温搅拌，然后进行溶剂热反应，得到石墨烯复合材料；

S5、将复合材料与聚偏四氟乙烯混合均匀，室温下搅拌，制成粘稠状液体，然后将其均匀涂在备用的泡沫镍表面，最后将所制备的电极真空干燥，即得复合电极材料。

本发明具有以下优点：

1、加热搅拌过程中，通过热敏电阻感知内部温度，再通过热敏电阻的电阻调节导电弹簧收缩力的大小，从而调节离心柱的位置，从而调节电热板的温度以及热气的泵入速度，从而调节加热效率，从而自动进行温度的控制，同时还可以根据搅拌的速度自动调节加热的效率，从而实现自动温度控制，使用更加便捷

2、通过电热板从外围进行加热，再通过高温高压气体在搅拌过程中，不断地将热气由内向外泵出，从而使得混合物内外同步进行加热，从而使得加热更加均匀，保证生产的电极材料的质量；

3、通过第一转动管带动转动块转动，再通过伞齿轮不断地与不同的环形齿圈啮合，使得转动块不断地往复转动，同时，再通过高压气体推动固定板运动，带动第二转动管转动，从而使得第二转动管带动固定板绕转动块往复转动的同时，第二转动管自身带动固定板转动，从而通过固定板对内部混合物进行搅拌，相较于简单的旋转搅拌，搅拌混合效果更好；

4、通过主动齿轮带动齿圈转动，再通过磁力环带动金属滑块转动，从而使得搅动叶转动，对底部沉积的混合物进行一定的搅拌，从而避免底部混合物堆积得不到较好的混合；

5、通过进料机构的设置，可以在泵气的同时，将需要加入的添加剂进行补给，通过第二转动管均匀的添加在设备内部混合物的各个位置，保证了添加剂的均匀添加，更加利于混合反应。

附图说明

图1为本发明提出的一种超级电容复合电极材料的生产设备的结构示意图；

图2为图1中的局部放大图；

图3为图2中的B处放大图；

图4为图1中的A处放大图；

图6为图1中的C-C处局部剖面图；

图7为图6中的E处放大图；

图8为图1中的D-D处剖面图。

图中：1底座、2支撑块、3主体、4第一转动管、5连接管、6转动块、7功能腔、8离心柱、9导电弹簧、10调节槽、11电阻线圈、12导电块、13热敏电阻、14电热板、15固定盒、16进气管、17流速调节阀、18过气腔、19第二转动管、20固定板、201气孔、21驱动电机、22主动齿轮、23从动齿轮、24固定杆、25伞齿轮、26环形齿条、27磁力环、28齿圈、29环形槽、30金属滑块、31搅动叶、32空腔、33进料孔、34固定管。

具体实施方式

参照图1-8，一种超级电容复合电极材料的生产设备，包括底座1，底座1上表面固定连接有支撑块2，支撑块2上表面共同固定连接有主体3，主体3内设置有调节机构；

调节机构包括与主体3底壁由轴承贯穿转动连接的第一转动管4，第一转动管4位于主体3内的一段通过轴承贯穿转动连接有若干连接管5，连接管5贯穿固定连接有转动块6，其中一个转动块6开设有功能腔7，功能腔7内滑动连接有离心柱8，离心柱8与功能腔7内侧壁之间固定连接有导电弹簧9，导电弹簧9通电可以收缩，功能腔7内侧壁开设有调节槽10，调节槽10内壁固定连接有电阻线圈11，离心柱8位于调节槽10一侧的侧壁固定连接有导电块12，导电块12与电阻线圈11接触，从而使得导电块12的滑动，可以改变电阻线圈11接入电路的电阻，电阻线圈11、导电块12与电热板14、流速调节阀17通过导线电连接，第一转动管4位于主体3内部的一段固定连接有热敏电阻13，热敏电阻13的阻值可以随温度变大而变小，热敏电阻13与导电弹簧9通过导线连接，从而使得内部混合物温度越高，导电弹簧9通过的电流越小，其产生的收缩力越大，主体3内侧壁嵌设有若干电热板14，主体3上表面固定连接有固定盒15，第一转动管4位于主体3外部的一段与固定盒15顶壁通过轴承贯穿转动连接，固定盒15侧壁与底座1共同贯穿转动连接有进气管16，进气管16与外界气泵连接，可以泵入高温气体，进气管16内设置有流速调节阀17，流速调节阀17可以根据电流大小，调节通过气体的流速，电流越大流速越大，电流越小，流速越小，为现有技术，在进行生产的过程中，混合物置于主体3内部，在进行加热搅拌时，第一转动管4带动转动块6转动的同时，转动块6在转动时，使得内部的离心柱8受到离心力，而离心力则决定着离心柱8的位置，从而决定着导电块12与电阻线圈11的接触位置，从而决定接入电路的电阻，进而决定着电热板14的加热温度以及泵入高温空气的速度，即搅拌的速度决定着加热的温度，而在内部温度发生变化时，当温度过高时，热敏电阻13的阻值减小，从而使得导电弹簧9的电流减小，其收缩力增大，进而使得离心柱8向导电弹簧9方向运动，从而增大电阻线圈11接入电热板14与流速调节阀17的电阻，从而减小电热板14的产热速度以及泵入热气的速度，从而降低内部混合物的温度，反之当温度较低时，增加电热板14的产热速度以及泵入热气的速度，从而实现温度的自动控制，使用更加便捷；

值得一提的是，搅拌速度与电热板14加热速度以及泵入热气的速度相关联，从而使得搅拌速度可以随加热速度改变，从而使得在需要较高温度时，搅拌速度更快，使得内部混合物更好的吸收热量。

固定盒15内填充有活性炭，通过活性炭吸附泵入空气的水汽与其它杂质，保证泵入内部的空气为洁净的空气，避免污染内部混合物，第一转动管4位于主体3与固定盒15之间的一端过盈配合有从动齿轮23，底座1上表面固定连接有驱动电机21，驱动电机21的输出轴固定连接有主动齿轮22，主动齿轮22与从动齿轮23啮合。

转动块6处设置有搅动机构，搅动机构包括与转动块6远离第一转动管4侧壁固定连接的固定杆24，固定杆24过盈配合有伞齿轮25，主体3内侧壁固定连接有若干环形齿条26，如图8所示，环形齿条26上下交替设置，从而使得伞齿轮25绕第一转动管4转动的同时，通过伞齿轮25与环形齿条26的啮合，使得伞齿轮25往复转动，从而带动转动块6往复转动，转动块6内开设有过气腔18，转动块6侧壁通过轴承贯穿转动连接有若干第二转动管19，第二转动管19贯穿延伸至过气腔18内，连接管5一端贯穿延伸至过气腔18内，另一端贯穿延伸至第一转动管4内，第二转动管19侧壁贯穿固定连接有固定板20，固定板20为空心结构且相对的两个侧壁均开设有气孔201，如图6所示，两个固定板20的气孔201对称开设，从而使得高速气流通过气孔201喷出的同时，产生一个使得第二转动管19转动的力，从而使得第二转动管19带动固定板20转动，同时，第一转动管4的转动，会通过连接管5带动转动块6绕第一转动管4转动，从而通过伞齿轮25与环形齿条26的啮合，使得转动块6带动第二转动管19绕转动块6转动，从而使得固定板20绕第二转动管19转动的同时，还会绕转动块6转动，与此同时，还会绕第一转动管4转动，从而使得固定板20的多方向转动对内部混合物进行更加有效的搅拌，使其混合更加均匀。

搅动机构还包括与底座1通过轴承转动连接的磁力环27，磁力环27固定连接有齿圈28，齿圈28与主动齿轮22啮合，底座1底壁开设有环形槽29，环形槽29内滑动连接有若干金属滑块30，金属滑块30固定连接有搅动叶31，通过齿圈28的转动，带动磁力环27转动，从而使得金属滑块30随磁力环27转动，从而使得主体3底部的搅动叶31转动，对底部沉积的混合物进行一定的搅拌，从而避免底部混合物堆积得不到较好的混合。

环形槽29与金属滑块30的截面均为T字型,T字型的金属滑块30与环形槽29的配合可以保证金属滑块30与主体3的稳定滑动连接，避免滑脱。

主体3内设置有进料机构，进料机构包括开设在主体3底壁内的空腔32，第一转动管4位于空腔32内的一段开设有若干进料孔33，支撑块2为空心结构，主体3底壁与支撑块2顶壁共同贯穿固定连接有固定管34，固定管34一端贯穿延伸至支撑块2内，另一端贯穿延伸至空腔32内，通过高速气流在第一转动管4内通过，从而使得空腔32内产生负压，再使得固定管34内产生吸力，将支撑块2内的添加剂吸入第一转动块6再随高速气流进入过气腔18后再通过固定板20的气孔201进入主体3内的混合物中，保证了添加剂的均匀添加，更加利于混合反应。

固定管34内设置有单向阀,固定管34内的单向阀仅允许添加剂由支撑块2内进入空腔32内，从而避免空气通过空腔32进入固定管34内。

本发明还提供了一种超级电容复合电极材料的生产工艺，包括以下步骤：

S1、首先将石墨、硝酸钠、浓硫酸超声分散，而后转入冰浴中，并在氮气的保护下，向反应容器中逐步加入高锰酸钾；

S2、将反应容器中的混合物转入主体3内，并开启驱动电机21，通过主动齿轮22与从动齿轮23的啮合，使得第一转动管4与转动块6转动，通过固定板20与搅动叶31对混合物进行搅拌，搅拌1.5-3.5h；

S3、搅拌均匀后再加去离子水，并开启电电热板14，同时向进气管16通入高压高温气体，通过调节机构控制内部加热温度，恒温进行加热搅拌，将温度控制在80-100℃之间，加热1-2h；

S4、恒温加热搅拌后，将混合物静置，冷却到10-40℃后，转入下一设备，加双氧水，然后离心洗涤，真空冷冻干燥，得到氧化石墨，再将氧化石墨镍盐及钴盐分散在溶剂中，室温搅拌，然后进行溶剂热反应，得到石墨烯复合材料；

S5、将复合材料与聚偏四氟乙烯混合均匀，室温下搅拌，制成粘稠状液体，然后将其均匀涂在备用的泡沫镍表面，最后将所制备的电极真空干燥，即得复合电极材料

本发明使用时，将混合物置于主体3内，同时将所需添加的添加剂加入支撑块2内部，首先对其进行搅拌，开启驱动电机21，驱动电机21带动主动齿轮22转动，从而使得与主动齿轮22啮合的从动齿轮23转动，从而使得从动齿轮23带动第一转动管4转动，第一转动管4通过连接管5带动转动块6转动，转动块6通过固定杆24带动伞齿轮25绕第一转动管4转动，从而通过伞齿轮25与环形齿条26的啮合，通过伞齿轮25与不同位置的环形齿条26的啮合，使得伞齿轮25带动转动块6往复转动，进而使得转动块6带动第二转动管19绕转动块6往复转动，从而使得固定板20的多方向转动对内部混合物进行更加有效的搅拌；

同时，主动齿轮22带动齿圈28转动，从而使得磁力环27转动，通过磁力带动金属滑块30在环形槽29内转动，金属滑块30带动搅动叶31转动，使得搅动叶31对底部沉积的混合物进行一定的搅拌，从而避免底部混合物堆积得不到较好的混合。

常温搅拌完成后，对混合进行加热搅拌，并加入添加剂，此时开启驱动电机21，使得电热板14通电，同时向进气管16通入高温高速空气，空气进入固定盒15内，通过活性炭吸附空气内的水汽与其它杂质，高温空气以高速进入第一转动管4内，再通过连接管5、过气腔18进入第二转动管19内，在进入固定板20内，通过气孔201喷出，两个固定板20的气孔201对称开设，从而使得高速气流通过气孔201喷出的同时，产生一个使得第二转动管19转动的力，从而使得第二转动管19带动固定板20转动，从而使得固定板20绕第二转动管19转动的同时，还会绕转动块6转动，与此同时，还会绕第一转动管4转动，更好的进行搅拌，同时电热板14对外部混合物进行加热与高温空气对内部混合物进行加热；

同时，高速气流通过进料孔33时，由于速度越快，压力越小，使得进料孔33处产生负压，从而使得空腔32内产生负压，将支撑块2内的添加剂通过固定管34吸入第一转动管4内，随气流一同泵入主体3的混合物内，保证了添加剂的均匀添加，更加利于混合反应；

在进行加热的同时，第一转动管4带动转动块6转动的同时，转动块6在转动时，使得内部的离心柱8受到离心力，而离心力则决定着离心柱8的位置，从而决定着导电块12与电阻线圈11的接触位置，从而决定接入电路的电阻，进而决定着电热板14的加热温度以及泵入高温空气的速度，即搅拌的速度决定着加热的温度，而在内部温度发生变化时，当温度过高时，热敏电阻13的阻值减小，从而使得导电弹簧9的电流减小，其收缩力增大，进而使得离心柱8向导电弹簧9方向运动，从而增大电阻线圈11接入电热板14与流速调节阀17的电阻，从而减小电热板14的产热速度以及泵入热气的速度，从而降低内部混合物的温度，反之当温度较低时，增加电热板14的产热速度以及泵入热气的速度，从而实现温度的自动控制。

Claims (8)

1.一种超级电容复合电极材料的生产设备，包括底座（1），其特征在于，所述底座（1）上表面固定连接有支撑块（2），所述支撑块（2）上表面共同固定连接有主体（3），所述主体（3）内设置有调节机构；

所述调节机构包括与主体（3）底壁由轴承贯穿转动连接的第一转动管（4），所述第一转动管（4）位于主体（3）内的一段通过轴承贯穿转动连接有若干连接管（5），所述连接管（5）贯穿固定连接有转动块（6），其中一个所述转动块（6）开设有功能腔（7），所述功能腔（7）内滑动连接有离心柱（8），所述离心柱（8）与功能腔（7）内侧壁之间固定连接有导电弹簧（9），所述功能腔（7）内侧壁开设有调节槽（10），所述调节槽（10）内壁固定连接有电阻线圈（11），所述离心柱（8）位于调节槽（10）一侧的侧壁固定连接有导电块（12），所述第一转动管（4）位于主体（3）内部的一段固定连接有热敏电阻（13），所述主体（3）内侧壁嵌设有若干电热板（14），所述主体（3）上表面固定连接有固定盒（15），所述第一转动管（4）位于主体（3）外部的一段与固定盒（15）顶壁通过轴承贯穿转动连接，所述固定盒（15）侧壁与底座（1）共同贯穿转动连接有进气管（16），所述进气管（16）内设置有流速调节阀（17）。

2.根据权利要求1所述的一种超级电容复合电极材料的生产设备，其特征在于，所述固定盒（15）内填充有活性炭，所述第一转动管（4）位于所述主体（3）与固定盒（15）之间的一端过盈配合有从动齿轮（23），所述底座（1）上表面固定连接有驱动电机（21），所述驱动电机（21）的输出轴固定连接有主动齿轮（22），所述主动齿轮（22）与从动齿轮（23）啮合。

3.根据权利要求2所述的一种超级电容复合电极材料的生产设备，其特征在于，所述转动块（6）处设置有搅动机构，所述搅动机构包括与转动块（6）远离所述第一转动管（4）侧壁固定连接的固定杆（24），所述固定杆（24）过盈配合有伞齿轮（25），所述主体（3）内侧壁固定连接有若干环形齿条（26），所述转动块（6）内开设有过气腔（18），所述转动块（6）侧壁通过轴承贯穿转动连接有若干第二转动管（19），所述第二转动管（19）贯穿延伸至过气腔（18）内，所述连接管（5）一端贯穿延伸至过气腔（18）内，另一端贯穿延伸至所述第一转动管（4）内，所述第二转动管（19）侧壁贯穿固定连接有固定板（20），所述固定板（20）为空心结构且相对的两个侧壁均开设有气孔（201）。

4.根据权利要求3所述的一种超级电容复合电极材料的生产设备，其特征在于，所述搅动机构还包括与底座（1）通过轴承转动连接的磁力环（27），所述磁力环（27）固定连接有齿圈（28），所述齿圈（28）与主动齿轮（22）啮合，所述底座（1）底壁开设有环形槽（29），所述环形槽（29）内滑动连接有若干金属滑块（30），所述金属滑块（30）固定连接有搅动叶（31）。

5.根据权利要求4所述的一种超级电容复合电极材料的生产设备，其特征在于，所述环形槽（29）与金属滑块（30）的截面均为T字型。

6.根据权利要求1所述的一种超级电容复合电极材料的生产设备，其特征在于，所述主体（3）内设置有进料机构，所述进料机构包括开设在主体（3）底壁内的空腔（32），所述第一转动管（4）位于空腔（32）内的一段开设有若干进料孔（33），所述支撑块（2）为空心结构，所述主体（3）底壁与支撑块（2）顶壁共同贯穿固定连接有固定管（34），所述固定管（34）一端贯穿延伸至支撑块（2）内，另一端贯穿延伸至所述空腔（32）内。

7.根据权利要求6所述的一种超级电容复合电极材料的生产设备，其特征在于，所述固定管（34）内设置有单向阀。

8.一种超级电容复合电极材料的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先将石墨、硝酸钠、浓硫酸超声分散，而后转入冰浴中，并在氮气的保护下，向反应容器中逐步加入高锰酸钾；

S2、将反应容器中的混合物转入主体（3）内，并开启驱动电机（21），通过主动齿轮（22）与从动齿轮（23）的啮合，使得第一转动管（4）与转动块（6）转动，通过固定板（20）与搅动叶（31）对混合物进行搅拌，搅拌1.5-3.5h；

S3、搅拌均匀后再加去离子水，并开启电电热板（14），同时向进气管（16）通入高压高温气体，通过调节机构控制内部加热温度，恒温进行加热搅拌，将温度控制在80-100℃之间，加热1-2h；

S4、恒温加热搅拌后，将混合物静置，冷却到10-40℃后，转入下一设备，加双氧水，然后离心洗涤，真空冷冻干燥，得到氧化石墨，再将氧化石墨镍盐及钴盐分散在溶剂中，室温搅拌，然后进行溶剂热反应，得到石墨烯复合材料；

S5、将复合材料与聚偏四氟乙烯混合均匀，室温下搅拌，制成粘稠状液体，然后将其均匀涂在备用的泡沫镍表面，最后将所制备的电极真空干燥，即得复合电极材料。

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