本发明涉及匣钵领域技术,尤其是指一种石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法。
背景技术:
1、石墨可分为天然石墨和人造石墨,人造石墨需经过石墨化,价格难以降低,天然石墨作为锂离子电池负极材料具有价格便宜,放电容量大的特点,是一种很有商业吸引力的负极材料。在加工天然石墨过程中,匣钵是必不可少的容器。市面上主流的匣钵为高纯石墨材料制备的石墨匣钵,该材料的匣钵在>1000℃的辊道炉中,容易氧化导致使用寿命降低,其次高纯石墨原料昂贵,使得石墨匣钵的使用成本增加,并且石墨制备的匣钵沉重,在使用过程中不方便。综上所述,寻找一种新材质来代替高纯石墨制备匣钵是极其重要。
2、近年来,碳碳复合材料在负极领域备受关注,专利《承装石墨负极产品的碳碳符合材料拼接匣钵的制作方法》cn115215673a公开了一种碳碳匣钵拼接的方法,通过碳纤维预制体、化学气相沉积、液相浸渍增密、碳化处理、石墨化处理、机加工+拼接、热解碳涂层的方法制备。其方法运用碳碳复合材料,能增加匣钵的使用性能,但是预制体原料价格贵,且石墨化工艺成本贵为解决碳碳匣钵制作成本高的问题。因此,有必要提出一种新的方案对上述问题进行改进。
技术实现思路
1、有鉴于此,本发明针对现有技术存在之缺失,其主要目的是提供一种石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法,其成本低,且制备出的匣钵的强度性能优良,防氧化性能优良,非常适合大规模生产。
2、为实现上述目的,本发明采用如下之技术方案:
3、一种石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法,包括有以下步骤:
4、(1)将碳纤维通过裁剪,再粉碎,得到纤维粉;
5、(2)将步骤(1)得到的纤维粉与树脂浸剂搅拌均匀,纤维粉与树脂浸剂的质量比为(1-5):1,搅拌时长100-150min,搅拌频率30hz,得到混合物;
6、(3)将步骤(2)得到的混合物进行模压预成型,得到预成型半成品;
7、(4)将步骤(3)得到的预成型半成品放置于等静压设备中进行等静压,压力>200mpa,压制时间为30-50min,得到匣钵胚;
8、(5)将步骤(4)得到的匣钵胚放置于碳化炉中进行第一次碳化,碳化温度为800-1100℃,保温时间为10-15h,得到一次碳化后的匣钵胚;
9、(6)将步骤(5)得到的一次碳化后的匣钵胚放置于浸渍釜中,加入树脂浸剂至浸没一次碳化后的匣钵胚,浸渍时间为60-120min,浸渍温度为70-150℃,浸渍后用无水乙醇将一次碳化后的匣钵胚表面残留的树脂清洗干净,得到浸渍后的匣钵胚;
10、(7)将步骤(6)得到的浸渍后的匣钵胚放置于碳化炉中进行第二次碳化,碳化温度为800-1100℃,保温时间为10-15h,得到二次碳化后的匣钵胚,二次碳化后的匣钵胚之体密度要求≥1.35g/cm3;
11、(8)将步骤(7)得到的二次碳化后的匣钵胚进行精加工,得到匣钵半成品;
12、(9)将步骤(8)得到的匣钵半成品进行第一次cvd气相沉积,条件如下:等温等压化学气相,温度800-1100℃,压力5-10kpa,积气体为甲烷,气体流量100-200slm,沉积时间50-100h,得到一次气相沉积的匣钵半成品;
13、(10)将步骤(9)得到的一次气相沉积的匣钵半成品进行第二次cvd气相沉积,条件如下:等温等压化学气相,温度1100-1300℃,压力5-10kpa,积气体为甲烷,气体流量50-100slm,沉积时间150-200h,得到高强度碳碳匣钵。
14、作为一种优选方案,所述步骤(10)中,高强度碳碳匣钵的体密度>1.35g/cm3,面密度>1.55g/cm3。
15、作为一种优选方案,所述步骤(1)中,所述碳纤维为光伏热场碳碳容器的边角料或报废的预制体,进一步降低成本。
16、作为一种优选方案,所述步骤(1)中,碳纤维通过裁剪将长纤维裁剪至短纤维,以便于后续的粉碎,裁剪后碳纤维的尺寸<1cm,再用万能粉碎机将裁剪后的碳纤维粉碎,得到纤维粉的尺寸<1.0mm。
17、作为一种优选方案,所述步骤(2)和步骤(6)中的树脂浸剂通过以下方法制得,酚醛树脂或环氧树脂通过50℃水浴加热30min,加入乙醇,充分搅拌均匀后,加入594固化剂,再充分搅拌均匀,配制成树脂浸剂,其中,酚醛树脂或环氧树脂:乙醇:594固化剂的质量比为:(50-70):(20-30):(5-10)。
18、作为一种优选方案,所述步骤(3)中,模压预成型所使用的模具长330mm、宽330mm、高260mm,成型压力为30-50mpa,时间为20min。
19、作为一种优选方案,所述步骤(8)中的匣钵半成品的尺寸为:长310mm:宽310mm:高:250mm,壁厚和底厚均为12mm,公差±1mm。
20、本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果,具体而言,由上述技术方案可知:
21、通过将原料改为碳纤维,相比长碳纤维预制体,减少了制备工序,有明显的成本优势,再配合对预成型半成品进行等静压,增加了匣钵的密度且内部力学各向同性提高,提高了匣钵的强度性能,以及,通过两次阶段气相沉积,面密度大大提高,增强了匣钵的防氧化性能,整体工艺简单,易于批量化生产。
22、为更清楚地阐述本发明的功效,下面结合具体实施例来对本发明进行详细说明:
1.一种石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法,其特征在于:包括有以下步骤:
2.根据权利要求1所述的石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法,其特征在于:所述步骤(10)中,高强度碳碳匣钵的体密度>1.35g/cm3,面密度>1.55g/cm3。
3.根据权利要求1所述的石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,所述碳纤维为光伏热场碳碳容器的边角料或报废的预制体。
4.根据权利要求1所述的石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,碳纤维通过裁剪将长纤维裁剪至短纤维,裁剪后碳纤维的尺寸<1cm,再用万能粉碎机将裁剪后的碳纤维粉碎,得到纤维粉的尺寸<1.0mm。
5.根据权利要求1所述的石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)和步骤(6)中的树脂浸剂通过以下方法制得,酚醛树脂或环氧树脂通过50℃水浴加热30min,加入乙醇,充分搅拌均匀后,加入594固化剂,再充分搅拌均匀,配制成树脂浸剂,其中,酚醛树脂或环氧树脂:乙醇:594固化剂的质量比为:(50-70):(20-30):(5-10)。
6.根据权利要求1所述的石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中,模压预成型所使用的模具长330mm、宽330mm、高260mm,成型压力为30-50mpa,时间为20min。
7.根据权利要求1所述的石墨负极用高强度碳碳匣钵的制备方法,其特征在于:所述步骤(8)中的匣钵半成品的尺寸为:长310mm:宽310mm:高:250mm,壁厚和底厚均为12mm,公差±1mm。