一種非石墨化導電碳陽極材料的制備方法

專利名稱：一種非石墨化導電碳陽極材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種碳陽極材料的制備方法，特別是涉及一種非石墨化導電碳陽極材
料的制備方法。
背景技術：
在電解制氟過程中，氟氣在陽極上溢出，由于氟是最活潑的化學元素，化學腐蝕性 極強，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，是工業電 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，致使工業制氟效率不高，難以滿足核工業 發展對氟氣的大量需求。所謂極化，是指電解制氟時，電解槽中產生的氟氣與碳陽極中的石 墨化組元反應，在陽極表面生成以共價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，是一種絕緣或導電性能差的化合物。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，阻止共價型氟化石墨的產生，延緩極化過程，提高碳陽極壽命。但由于碳材料的導電性 能與石墨化度呈正相關性，非石墨化將導致碳陽極的導電性能大幅度降低，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電性能兩者之間的矛盾，急需 開發新型的非石墨化導電碳陽極材料。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能提高非石墨化碳陽極材料的導電性能 的非石墨化導電碳陽極材料的制備方法。 為了解決上述技術問題，本發明提供的非石墨化導電碳陽極材料的制備方法，是 采用下述步驟實現的 (1)按原料重量百分比針狀焦60% 79%、導電碳黑1% 10%、中溫煤瀝青 20 % 30%，配制碳陽極原料； (2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏，控制混捏溫度為 150°C 200°C ; (3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為110°C 15(TC、坯體密度為 1. 56g/cm3 1. 64g/cm3 5 (4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為800°C 95(TC、碳化壓力為8MPa 腦Pa ; (5)對坯體實施浸漬瀝青/碳化增密，控制浸漬溫度為16(TC 20(TC、浸漬壓力為 8Pa 12Pa，碳化工藝同步驟4)，循環碳化至坯體密度為1. 75g/cm3 1. 85g/cm3，即得非石 墨化導電碳陽極材料。
本發明中，所述針狀焦和導電碳黑均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為220微米 和8微米，原料經干混后，混合粉末的平均粒徑為98微米。通過上述粒度設計，提高碳陽極 材料的壓制成坯工藝效率和浸漬瀝青/碳化工藝效率，獲得所需密度的碳陽極材料。
本發明中，所述導電碳黑作為填料，均勻分散于碳陽極材料中，用于為碳陽極材料 提供必要的導電性能，但又不提高碳陽極材料的石墨化度。 本發明中，所述針狀焦作為骨料，用于為碳陽極材料提供必要的力學性能。 本發明中，所述中溫煤瀝青的軟化點為83t:、結焦值為51. 1%、喹啉不溶物含量
為3. 3%，用作碳陽極材料中的粘接劑。 本發明中，所述浸漬瀝青為低喹啉不溶物含量瀝青，其軟化點為82t:、結焦值為
49. 5%、喹啉不溶物含量為0. 7%，用于提高碳陽極材料的浸漬效率。 本發明由于采用上述工藝方法，因而，具有如下優點和積極效果 1、采用導電碳黑作為填料，在不提高碳陽極材料組元石墨化度的同時，有效提高
碳陽極材料的導電性能。 2、控制針狀焦粉末和導電碳黑粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，使得導
電碳黑均勻分散于針狀焦骨料之間，形成導電通道，提高碳陽極材料導電性能。 3、采用本發明，按原料重量百分比針狀焦74%、導電碳黑1%、中溫煤瀝青25%，
配制碳陽極原料，經混料/混捏、溫壓成形、碳化、浸漬瀝青工藝，得到的非石墨化導電碳陽
極材料，其石墨化度為0，電阻率為42 Q m，抗壓強度為62MPa。 綜上所述，本發明提供的非石墨化導電碳陽極材料的制備方法，通過在非石墨化 碳陽極材料中引入導電碳黑，提高非石墨化碳陽極材料的導電性能，為非石墨化導電碳陽 極材料的制備提供了一種切實可行的方法。


圖1為本發明實施工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例1 : 參見圖l， (1)按原料重量百分比針狀焦61%、導電碳黑10%、中溫煤瀝青 29%，配制碳陽極原料，中溫煤瀝青的軟化點為831:、結焦值為51. 1%、喹啉不溶物含量為 3. 3% ，針狀焦粉末和導電碳黑粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，原料經干混后，混 合粉末的平均粒徑為98微米；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏， 控制混捏溫度為15(TC;(3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為11(TC、坯體密度為 1. 6g/cm3 ; (4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為80(TC、碳化壓力為lOMPa ; (5)對坯體 實施浸漬瀝青/碳化增密，控制浸漬溫度為165t:、浸漬壓力為12Pa，浸漬瀝青為低喹啉不 溶物含量瀝青，其軟化點為82t:、結焦值為49. 5%、喹啉不溶物含量為0. 7%，碳化工藝同 步驟(4)，循環碳化3次至坯體密度為1. 8g/cm3，即得本發明的非石墨化導電碳陽極材料。
實施例2 : 參見圖l， (1)按原料重量百分比針狀焦63%、導電碳黑10%、中溫煤瀝青27%，配制碳陽極原料，中溫煤瀝青的軟化點為83t:、結焦值為51. 1%、喹啉不溶物含量為 3. 3%，針狀焦粉末和導電碳黑粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，原料經干混后，混 合粉末的平均粒徑為98微米；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏， 控制混捏溫度為18(TC;(3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為13(TC、坯體密度為 1. 56g/cm3 ; (4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為88(TC、碳化壓力為9MPa ; (5)對坯體 實施浸漬瀝青/碳化增密，控制浸漬溫度為19(TC、浸漬壓力為10Pa，浸漬瀝青為低喹啉不 溶物含量瀝青，其軟化點為82t:、結焦值為49. 5%、喹啉不溶物含量為0. 7%，碳化工藝同 步驟(4)，循環碳化3次至坯體密度為1. 8g/cm3，即得本發明的非石墨化導電碳陽極材料。
實施例3 : 參見圖1， (1)按原料重量百分比針狀焦67%、導電碳黑8%、中溫煤瀝青25%， 配制碳陽極原料，中溫煤瀝青的軟化點為83t:、結焦值為51. 1 %、喹啉不溶物含量為 3. 3% ，針狀焦粉末和導電碳黑粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，原料經干混后，混 合粉末的平均粒徑為98微米；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏， 控制混捏溫度為16(TC;(3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為12(TC、坯體密度為 1. 6g/cm3 ; (4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為85(TC、碳化壓力為9MPa ; (5)對坯體 實施浸漬瀝青/碳化增密，控制浸漬溫度為17(TC、浸漬壓力為12Pa，浸漬瀝青為低喹啉不 溶物含量瀝青，其軟化點為82t:、結焦值為49. 5%、喹啉不溶物含量為0. 7%，碳化工藝同 步驟(4)，循環碳化3次至坯體密度為1. 84g/cm3，即得本發明的非石墨化導電碳陽極材料。
實施例4 : 參見圖1， (1)按原料重量百分比針狀焦69%、導電碳黑6%、中溫煤瀝青25%， 配制碳陽極原料，中溫煤瀝青的軟化點為83t:、結焦值為51. 1 %、喹啉不溶物含量為 3. 3% ，針狀焦粉末和導電碳黑粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，原料經干混后，混 合粉末的平均粒徑為98微米；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏， 控制混捏溫度為17(TC;(3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為14(TC、坯體密度為 1. 6g/cm3 ; (4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為83(TC、碳化壓力為8MPa ; (5)對坯體 實施浸漬瀝青/碳化增密，控制浸漬溫度為18(TC、浸漬壓力為11Pa，浸漬瀝青為低喹啉不 溶物含量瀝青，其軟化點為82t:、結焦值為49. 5%、喹啉不溶物含量為0. 7%，碳化工藝同 步驟(4)，循環碳化3次至坯體密度為1. 75g/cm3，即得本發明的非石墨化導電碳陽極材料。
實施例5 : 參見圖1， (1)按原料重量百分比針狀焦72%、導電碳黑7%、中溫煤瀝青21%， 配制碳陽極原料，中溫煤瀝青的軟化點為83t:、結焦值為51. 1 %、喹啉不溶物含量為 3. 3% ，針狀焦粉末和導電碳黑粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，原料經干混后，混 合粉末的平均粒徑為98微米；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏， 控制混捏溫度為16(TC;(3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為125t:、坯體密度為 1. 64g/cm3 ; (4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為86(TC、碳化壓力為9MPa ; (5)對坯體 實施浸漬瀝青/碳化增密，控制浸漬溫度為175t:、浸漬壓力為11Pa，浸漬瀝青為低喹啉不 溶物含量瀝青，其軟化點為82t:、結焦值為49. 5%、喹啉不溶物含量為0. 7%，碳化工藝同 步驟(4)，循環碳化3次至坯體密度為1. 85g/cm3，即得本發明的非石墨化導電碳陽極材料。
實施例6 :
參見圖1， (1)按原料重量百分比針狀焦74%、導電碳黑1%、中溫煤瀝青25%， 配制碳陽極原料，中溫煤瀝青的軟化點為83t:、結焦值為51. 1 %、喹啉不溶物含量為 3. 3% ，針狀焦粉末和導電碳黑粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，原料經干混后，混 合粉末的平均粒徑為98微米；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏， 控制混捏溫度為200°C ; (3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為145t:、坯體密度為 1. 58g/cm3 ; (4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為94(TC、碳化壓力為8MPa ; (5)對坯體 實施浸漬瀝青/碳化增密，控制浸漬溫度為200°C 、浸漬壓力為9Pa，浸漬瀝青為低喹啉不溶 物含量瀝青，其軟化點為82t:、結焦值為49. 5%、喹啉不溶物含量為0. 7%，碳化工藝同步 驟(4)，循環碳化3次至坯體密度為1. 77g/cm3，即得本發明的非石墨化導電碳陽極材料。
實施例7 : 參見圖1， (1)按原料重量百分比針狀焦75%、導電碳黑3%、中溫煤瀝青22%， 配制碳陽極原料，中溫煤瀝青的軟化點為83t:、結焦值為51. 1 %、喹啉不溶物含量為 3. 3% ，針狀焦粉末和導電碳黑粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，原料經干混后，混 合粉末的平均粒徑為98微米；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏， 控制混捏溫度為19(TC;(3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為15(TC、坯體密度為 1. 64g/cm3 ; (4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為95(TC、碳化壓力為8MPa ; (5)對坯體 實施浸漬瀝青/碳化增密，控制浸漬溫度為190°C 、浸漬壓力為8Pa，浸漬瀝青為低喹啉不溶 物含量瀝青，其軟化點為82t:、結焦值為49. 5%、喹啉不溶物含量為0. 7%，碳化工藝同步 驟(4)，循環碳化3次至坯體密度為1. 8g/cm3，即得本發明的非石墨化導電碳陽極材料。
實施例8 : 參見圖1， (1)按原料重量百分比針狀焦75%、導電碳黑5%、中溫煤瀝青20%， 制碳陽極原料，中溫煤瀝青的軟化點為83t:、結焦值為51. 1%、喹啉不溶物含量為3. 3%， 針狀焦粉末和導電碳黑粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，原料經干混后，混合粉末 的平均粒徑為98微米；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏，控制混 捏溫度為192°C ;(3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為14(TC、坯體密度為1.6g/ cm3 ;(4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為90(TC、碳化壓力為lOMPa ; (5)對坯體實施 浸漬瀝青/碳化增密，控制浸漬溫度為18(TC、浸漬壓力為8Pa，浸漬瀝青為低喹啉不溶物 含量瀝青，其軟化點為82t:、結焦值為49. 5%、喹啉不溶物含量為0. 7%，碳化工藝同步驟 (4)，循環碳化3次至坯體密度為1. 85g/cm3，即得本發明的非石墨化導電碳陽極材料。
權利要求
一種非石墨化導電碳陽極材料的制備方法，其特征是包括下述步驟(1)按原料重量百分比針狀焦60％～79％、導電碳黑1％～10％、中溫煤瀝青20％～30％，配制碳陽極原料；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏，控制混捏溫度為150℃～200℃；(3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為110℃～150℃、坯體密度為1.56g/cm3～1.64g/cm3；(4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為800℃～950℃、碳化壓力為8MPa～10MPa；(5)對坯體實施浸漬瀝青/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)，循環碳化至坯體密度為1.75g/cm3～1.85g/cm3，即得非石墨化導電碳陽極材料。
2. 根據權利要求1所述的非石墨化導電碳陽極材料的制備方法，其特征是所述針狀 焦和導電碳黑均為粉末狀，粉末的平均粒徑分別為220微米和8微米，原料經干混后，混合 粉末的平均粒徑為98微米。
3. 根據權利要求1或2所述的非石墨化導電碳陽極材料的制備方法，其特征是上 述步驟(1)中所述的中溫煤瀝青的軟化點為83t:、結焦值為51. 1%、喹啉不溶物含量為 3. 3%，用作碳陽極材料中的粘接劑。
4. 根據權利要求1或2所述的非石墨化導電碳陽極材料的制備方法，其特征是上述 步驟(5)中所述的浸漬瀝青為低喹啉不溶物含量瀝青，其軟化點為821:、結焦值為49.5%、 喹啉不溶物含量為0. 7%，用于提高碳陽極材料的浸漬效率。
全文摘要
本發明公開了一種非石墨化導電碳陽極材料的制備方法，包括下述步驟(1)按原料重量百分比針狀焦60％～79％、導電碳黑1％～10％、中溫煤瀝青20％～30％，配制碳陽極原料；(2)將針狀焦和導電碳黑干混均勻后，加入中溫煤瀝青混捏，控制混捏溫度為150℃～200℃；(3)采用溫壓模壓法壓制成坯，控制壓制溫度為110℃～150℃、坯體密度為1.56g/cm3～1.64g/cm3；(4)對坯體實施加壓碳化，控制碳化溫度為800℃～950℃、碳化壓力為8MPa～10MPa；(5)對坯體實施浸漬瀝青/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)，循環碳化至坯體密度為1.75g/cm3～1.85g/cm3，即得非石墨化導電碳陽極材料。本發明提高了非石墨化碳陽極材料的導電性能。
文檔編號C25C3/00GK101724864SQ20101030030
公開日2010年6月9日 申請日期2010年1月14日 優先權日2010年1月14日
發明者于澍, 夏莉紅, 張福勤, 梁世棟, 袁鐵錘 申請人:中南大學