專利名稱：納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳陽極材料及其制備方法，特別是一種納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在電解制氟過程中，氟氣在陽極上溢出，由于氟是最活潑的的化學(xué)元素，化學(xué)腐蝕性極強(qiáng)，因此必須選用抗氟氣腐蝕的材料制備電解制氟陽極。碳陽極材料是一種由無定形碳構(gòu)成的碳材料，具有低石墨化度、較低電阻率、抗腐蝕，尤其是抗氟氣腐蝕等特點(diǎn)，是工業(yè)電解制氟陽極的必選材料，其性能決定電解制氟的效率。
但目前我國碳陽極材料存在極化缺陷，致使工業(yè)制氟效率不高，難以滿足核工業(yè)發(fā)展對氟氣的大量需求。所謂極化，是指電解制氟時(shí)，電解槽中產(chǎn)生的氟氣與碳陽極中的石墨化組元反應(yīng)，在陽極表面生成以共價(jià)型氟化石墨為主的膜層。這種氟化石墨阻礙電子移動，顯著降低KF-2HF電解液對陽極的潤濕性能，是一種絕緣或?qū)щ娦阅懿畹幕衔?。它的存在將急劇降低電解效率，使制氟過程難以為繼。必須對碳陽極實(shí)施抗極化處理。
碳陽極抗極化的主要方法是非石墨化。即通過降低碳陽極材料中各組元的石墨化度，阻止共價(jià)型氟化石墨的產(chǎn)生，延緩極化過程，提高碳陽極壽命。但由于碳材料的導(dǎo)電性能與石墨化度呈正相關(guān)性，非石墨化將導(dǎo)致碳陽極的導(dǎo)電性能大幅度降低，制氟效率大幅度下降。因此，純粹采用非石墨化方法，難以解決抗極化與導(dǎo)電性能兩者之間的矛盾，急需開發(fā)新型的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過在非石墨化碳陽極材料中引入納米鎳質(zhì)點(diǎn)，提高非石墨化碳陽極材料的導(dǎo)電性能，并提供一種制備納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料的方法。
本發(fā)明材料組分的重量百分比為針狀焦68 % 79.8 %，納米鎳粉末0.2 0Z0 2 %，環(huán)氧樹脂20 % 30 %。制備方法是采用下述步驟實(shí)現(xiàn)的(1)按原料重量百分比針狀焦68% 79.8 %、納米鎳粉末0.2 % 2 %、環(huán)氧樹脂20 % 30 %，配制碳陽極原料；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為30V 80 "C ；(3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1.55 1. 65 g/cm3 ；(4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為900V 1000 °C、氬氣壓力為 0. 11 MPa 0. 13 MPa ；(5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為160°C 200 °C、浸漬壓力為8 1 12 Pa，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化至坯體密度為1. 76 1. 82 g/cm3,即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。
本發(fā)明中，所述針狀焦和納米鎳粉末均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，原料經(jīng)干混后，混合粉末的平均粒徑為110微米。通過上述粒度設(shè)計(jì)，提高碳陽極材料的壓制成坯工藝效率和浸漬浙青/碳化工藝效率，獲得所需密度的碳陽極材料。
本發(fā)明中，所述納米鎳粉末作為填料，均勻分散于碳陽極材料中，用于為碳陽極材料提供必要的導(dǎo)電性能，但又不提高碳陽極材料的石墨化度。
本發(fā)明中，所述針狀焦作為骨料，用于為碳陽極材料提供必要的力學(xué)性能。
本發(fā)明中，所述環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為6°C、環(huán)氧值為0. 27，用作碳陽極材料中的粘接劑。
本發(fā)明中，所述浸漬樹脂為酚醛樹脂，其軟化點(diǎn)為62°C、殘?zhí)悸蕿?2 %，用于提高碳陽極材料的浸漬效率。
本發(fā)明由于采用上述工藝方法，因而，具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、采用納米鎳粉末作為填料，在不提高碳陽極材料組元石墨化度的同時(shí)，有效提高碳陽極材料的導(dǎo)電性能。
2、控制針狀焦粉末和導(dǎo)電碳黑粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，使得導(dǎo)電碳黑均勻分散于針狀焦骨料之間，形成導(dǎo)電通道，提高碳陽極材料導(dǎo)電性能。
3、采用本發(fā)明，按原料重量百分比針狀焦72. 5 %、納米鎳粉末1.2 %、環(huán)氧樹脂沈.3 %，配制碳陽極原料，經(jīng)混料/混捏、室溫模壓成形、碳化、浸漬樹脂工藝，得到的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料，其石墨化度為0，電阻率為19. 8 Ω · m，抗壓強(qiáng)度為68 MPa0
綜上所述，本發(fā)明提供的納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料及其制備方法，通過在非石墨化碳陽極材料中引入納米鎳質(zhì)點(diǎn)，提高非石墨化碳陽極材料的導(dǎo)電性能， 為非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料的制備提供了一種可行的方法。


附圖1為本發(fā)明實(shí)施工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:參見圖1，(1)按原料重量百分比針狀焦69 %、納米鎳粉末1.9 %、環(huán)氧樹脂四.1 %，配制碳陽極原料，環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為6°C、環(huán)氧值為0.27，針狀焦和納米鎳粉末均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，原料經(jīng)干混后，混合粉末的平均粒徑為110微米；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為 35 °C;(3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1. 56 g/cm3 ； (4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為900 °C、氬氣壓力為0.13 MPa; (5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為160 °C、浸漬壓力為12 Pa，浸漬樹脂為酚醛樹脂，其軟化點(diǎn)為62 °C、殘?zhí)悸蕿?51 %，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化3次至坯體密度為1.76 g/cm3，即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。
實(shí)施例2:參見圖1，(1)按原料重量百分比針狀焦70. 8 %、納米鎳粉末1.5 %、環(huán)氧樹脂27. 7%，配制碳陽極原料，環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為6°C、環(huán)氧值為0.27，針狀焦和納米鎳粉末均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，原料經(jīng)干混后，混合粉末的平均粒徑為110微米；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為 45 °C;(3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1. 56 g/cm3 ； (4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為900 °C、氬氣壓力為0.13 MPa; (5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為160 °C、浸漬壓力為11 Pa，浸漬樹脂為酚醛樹脂，其軟化點(diǎn)為62°C、殘?zhí)悸蕿?51 %，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化3次至坯體密度為1.76 g/cm3，即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。
實(shí)施例3:參見圖1，(1)按原料重量百分比針狀焦72.5 %、納米鎳粉末1.2 %、環(huán)氧樹脂，26.3 %，配制碳陽極原料，環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為6°C、環(huán)氧值為0.27，針狀焦和納米鎳粉末均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，原料經(jīng)干混后，混合粉末的平均粒徑為110微米；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為 55 °C; (3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1.58 g/cm3; (4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為940 °C、氬氣壓力為0.12 MPa; (5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為180 °C、浸漬壓力為10 Pa，浸漬樹脂為酚醛樹脂，其軟化點(diǎn)為62°C、殘?zhí)悸蕿?51 %，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化3次至坯體密度為1.78 g/cm3，即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。
實(shí)施例4:參見圖1，(1)按原料重量百分比針狀焦74 %、納米鎳粉末0.9 %、環(huán)氧樹脂25. 1 %，配制碳陽極原料，環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為6°C、環(huán)氧值為0.27，針狀焦和納米鎳粉末均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，原料經(jīng)干混后，混合粉末的平均粒徑為110微米；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為 60 °C ； (3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1.6 g/cm3; (4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為960 °C、氬氣壓力為0.12 MPa; (5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為180 °C、浸漬壓力為10 Pa，浸漬樹脂為酚醛樹脂，其軟化點(diǎn)為62°C、殘?zhí)悸蕿?51 %，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化3次至坯體密度為1.78 g/cm3，即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。
實(shí)施例5:參見圖1，(1)按原料重量百分比針狀焦76 %、納米鎳粉末0.7 %、環(huán)氧樹脂23. 3 %，配制碳陽極原料，環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為6°C、環(huán)氧值為0.27，針狀焦和納米鎳粉末均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，原料經(jīng)干混后，混合粉末的平均粒徑為110微米；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為 65 °C; (3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1.64 g/cm3; (4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為960 °C、氬氣壓力為0.12 MPa; (5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為190 °C、浸漬壓力為9 Pa，浸漬樹脂為酚醛樹脂，其軟化點(diǎn)為62°C、殘?zhí)悸蕿?1 %，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化3次至坯體密度為1.8 g/cm3，即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。
實(shí)施例6:參見圖1，(1)按原料重量百分比針狀焦78 %、納米鎳粉末0.5 %、環(huán)氧樹脂21. 5 %，配制碳陽極原料，環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為6°C、環(huán)氧值為0.27，針狀焦和納米鎳粉末均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，原料經(jīng)干混后，混合粉末的平均粒徑為110微米；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為 70 °C; (3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1.64 g/cm3;(4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為980 °C、氬氣壓力為0.11 MPa; (5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為190 °C、浸漬壓力為9 Pa，浸漬樹脂為酚醛樹脂，其軟化點(diǎn)為62°C、殘?zhí)悸蕿?1 %，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化3次至坯體密度為1.8 g/cm3，即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。
實(shí)施例7 參見圖1，(1)按原料重量百分比針狀焦79. 5 %、納米鎳粉末0.3 %、環(huán)氧樹脂20. 2 %，配制碳陽極原料，環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為6°C、環(huán)氧值為0.27，針狀焦和納米鎳粉末均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，原料經(jīng)干混后，混合粉末的平均粒徑為110微米；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為 75 °C; (3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1.65 g/cm3; (4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為980 °C、氬氣壓力為0.11 MPa; (5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為200 V、浸漬壓力為8 Pa，浸漬樹脂為酚醛樹脂，其軟化點(diǎn)為62°C、殘?zhí)悸蕿?1 %，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化3次至坯體密度為1. 82 g/cm3,即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。
權(quán)利要求
1.一種納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料，其特征在于材料組分的重量百分比為針狀焦68 % 79. 8 %，納米鎳粉末0.2 % 2 %，環(huán)氧樹脂20 % 30 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料，其特征在于針狀焦72. 5 %、納米鎳粉末1.2 %、環(huán)氧樹脂沈.3 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料，其特征是所述針狀焦和納米鎳粉末均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為180微米和30納米，原料經(jīng)干混后，混合粉末的平均粒徑為110微米。
4.一種納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟(1)按權(quán)利要求1所述原料重量百分比配制碳陽極原料；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為30°C 80 "C ；(3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1.55 1. 65 g/cm3 ；(4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為900V 1000 °C、氬氣壓力為0. 11 MPa 0. 13 MPa ；(5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為160°C 200 °C、浸漬壓力為8 1 12Pa，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化至坯體密度為1. 76 1. 82 g/cm3,即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料的制備方法，其特征是所述納米鎳粉末作為填料，均勻分散于碳陽極材料中，用于為碳陽極材料提供必要的導(dǎo)電性能，同時(shí)沒有提高碳陽極材料的石墨化度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料的制備方法，其特征是所述針狀焦作為骨料，用于為碳陽極材料提供必要的力學(xué)性能。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料的制備方法，其特征是步驟(2)中所述的環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為6°C、環(huán)氧值為0. 27，用作碳陽極材料中的粘接劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料的制備方法，其特征是步驟(5)中所述浸漬樹脂為酚醛樹脂，其軟化點(diǎn)為62°C、殘?zhí)悸蕿?2 %，用于提高碳陽極材料的浸漬效率。
全文摘要
一種納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料及其制備方法，包括下述步驟(1)按原料重量百分比針狀焦68％～79.8％、納米鎳粉末0.2％～2％、環(huán)氧樹脂20％～30％，配制碳陽極原料；(2)將針狀焦和納米鎳粉末干混均勻后，加入環(huán)氧樹脂混捏，控制混捏溫度為20℃～60℃；(3)采用室溫模壓法壓制成坯，控制坯體密度為1.55～1.65g/cm3；(4)對坯體實(shí)施氬氣氛保護(hù)碳化，控制碳化溫度為900℃～1000℃、氬氣壓力為0.11MPa～0.13MPa；(5)浸漬樹脂/碳化增密，控制浸漬溫度為160℃～200℃、浸漬壓力為8Pa～12Pa，碳化工藝同步驟(4)，循環(huán)碳化至坯體密度為1.76～1.82g/cm3，即得納米鎳質(zhì)點(diǎn)增強(qiáng)的非石墨化導(dǎo)電碳陽極材料。本發(fā)明提高了非石墨化碳陽極材料的導(dǎo)電性能。
文檔編號C25B1/24GK102560530SQ20121006753
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者于奇, 于澍, 周顯光, 夏莉紅, 張福勤, 袁鐵錘 申請人:中南大學(xué)