一种多孔电极制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种多孔电极制备装置，其中制备工艺包括配置PAN基胶体、真空注塑、预萃取模内成型、水浴、碳化和填充活性物质，碳化和填充活性物质之间可增设碳化步骤。本实用新型专利技术装置包括控制系统、恒温系统、水浴及萃取系统、注塑系统和合模系统，通过控制是否先与空气干层接触制备含阻隔性表面/多孔表面的制品；通过嵌套模具保证物料不溢出模具的同时实现可注入萃取液固化制品表面，实现正常脱模。本实用新型专利技术采用系统化制造工艺，实现了PAN材料含阻隔表面多孔电极/制品可控注塑成型，解决了需非溶剂致相分离的制品模内精密成型后脱模的难点，成型工艺简单，效率高，成本低；成型制品自带微孔。同时，本实用新型专利技术中的溶剂可二次利用节约成本。

A device for preparing porous electrode

【技术实现步骤摘要】
一种多孔电极制备装置
本技术涉及高分子材料先进加工成型领域，具体涉及一种高性能低成本多孔电极制备装置。
技术介绍
多孔电极相对于普通的压制电极或涂膏式电极，可容纳更多的活性物质且增加反应比表面积，使进行电化学的活性物质与反应液有更大的接触表面积，提高电化学反应的效率；同时，由于电极孔隙率的提高和比表面积的增加，使得电极的真实电流密度大大降低，减少了电池的能量损失。同样，不填充反应活性物质的多孔材料也可用于其他地方，包括生物材料制造等，实现多孔电极/材料的优化及制造必不可少。现阶段多孔电极主要由发泡材料、编织纤维等进行制造，成型需经过多厂家、多工序，工艺较为繁琐，且成型的发泡材料通常需要电镀镍或化学镀镍之后再添加活性物质，镍材料的比重大，不易于实现电池整体的轻量化；而纤维电极虽然含有93％-99％的孔隙率，具有高比容量和高活性，但是由于材料间通孔的存在，极易导致电池正负极短路，自放电大。PAN(聚丙烯腈)材料的主要优点就是耐候性及耐化学腐蚀性能好，特别是耐无机酸、漂白粉、过氧化氢及一般的有机试剂，这在电化学反应中具有独到的优势。但是，PAN材料的熔融温度为317℃，而其分解温度只略高于200℃，这导致PAN材料无法直接使用传统的熔融加工方式进行加工处理。现有的PAN材料加工方式通常使用的是非溶剂致相分离法，通过将PAN溶于二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、环丁砜等极性有机溶剂中溶液纺丝后萃取溶剂制成PAN纤维，其纺丝方法包括湿法纺丝和干湿法纺丝，相对湿法纺丝，干湿法纺丝的表面质量更好。现有的PAN材料主要用于制作聚丙烯腈纤维和PAN基碳纤维，而没有使用PAN材料进行注塑成型制造精度较高的含隔绝表面的多孔制品。故而，本专利技术提出一种能够制备出纯PAN材料注塑件的工艺方法，同时将其应用于制造多孔电极/材料。
技术实现思路
针对多孔电极的快速成型，本技术提供一种多孔电极制备装置。本技术通过控制是否先与空气干层接触制备含阻隔性表面/多孔表面的制品；同时，通过嵌套模具保证物料不溢出模具的同时实现可注入萃取液固化制品表面，实现正常脱模。相较传统的多孔电极制备工艺，本技术采用一体化制造工艺，成本更低，效率更高；相对于传统的多孔材料，本技术可制备出单面或多面具有隔绝性能的PAN基多孔材料；本技术实现了PAN(聚丙烯腈)材料的注塑成型。本技术提出一种多孔电极制备工艺，包括配置PAN基胶体、真空注塑、模内预萃取成型、水浴和填充活性物质。在水浴和填充活性物质步骤间可以添加碳化步骤。针对本技术一种多孔电极制备工艺创新设计的PAN材料注塑成型装备，主要包括控制系统、恒温系统、水浴萃取系统、注塑系统和合模系统等。所述控制系统主要包括PLC控制机箱、人机交互面板等；所述恒温系统包括加热模块和冷却模块；所述水浴萃取系统包括水槽、干燥箱、萃取液箱等；所述注塑系统包括混料罐、混料电机、压料电机、储料罐、注塑油缸、注塑机筒、注塑活塞、真空泵、气泵等；所述合模系统包括动模板、定模板、模芯、移模油缸、移芯油缸等。本技术所述PAN材料注塑成型装备即一种多孔电极制备装置的具体连接方式为：所述控制系统主要用于控制系统温度恒定，液压系统顺序动作和电机正常运转，以正确执行工艺路线。所述混料罐上固接有两个压料油缸和一个混料电机，混料电机的动力输出端通过混料浆光轴与混料浆固接；混料浆的光轴穿过压料盖，与压料盖滑动配合，连接处保持密封；压料盖与压料油缸的活塞杆固接，压料盖与混料罐滑动连接，连接处保持密封。混料罐与储料罐间通过电控单向阀连接，单向阀只允许混料罐的物料进入储料罐。所述储料罐与机架固接，储料罐内设置有可自动压料的压料板，压料板与储料罐滑动连接，且保持密封状态；储料罐上方的储料盖开设有气孔，用以保持压料板上方的压力与大气压力一致。储料罐底部与注射机筒的顶部通过无阻碍管路连接。所述注射机筒在控制系统的控制下可与机架发生相对运动。注塑机筒与注射油缸固接，注射油缸活塞杆与注塑机筒内的带止逆环的注塑活塞或螺杆固接，通过注射油缸控制物料的注射。本技术实施例中所述的定模板与机架固接，动模板可在移模油缸的控制下在拉杆上滑动。所述移芯油缸与动模板固接，移芯油缸活塞杆与型芯固接，通过活塞杆的运动控制型芯的运动。所述模具与型芯均采用嵌套式设计，模具及型芯的每一个壁面至少包括模具套、多孔薄片、分流器三个组成部分，多孔薄片被夹在模具套与分流器中间，且保持拉紧状态，无褶皱，可根据具体使用要求更换模具内不同孔隙直径的多孔薄片。所述加热冷却系统包覆在混料罐及注塑机筒外围，保持物料温度为80℃，注塑机筒温度应比混料罐温度低，防止高压注塑过程中物料强剪切生热而导致材料分解。上述合模系统的动模板为凹槽式模板，模腔内可容纳一定量的萃取液，动模板的两侧分别与萃取液箱通过管路相连，其中一侧进萃取液，另一侧流出萃取液并流入萃取液箱中的处理箱，所述处理箱即为将溶剂与萃取液分开，重复利用溶剂。上述模具套用于形成模腔外框架并夹紧多孔薄片及分流器。分流器用于将萃取液引入模腔并分散到多孔薄片上，分流器还用于配合模具套将多孔薄片固定形成模腔内壁。多孔薄片主要用于将分流器引入的萃取液进一步分散到未固化的制品表面，同时，多孔薄片可阻挡注射过程中PAN胶体流出模腔。多孔薄片可采用多孔陶瓷、滤纸等多孔材料制成，其孔隙直径选用小于制品表面精度的尺寸，但根据效率要求，应该尽量接近制品表面公差尺寸。本技术一种多孔电极制备工艺的成型装备采用储料罐过渡混料罐与注塑机筒间的物料的原因是：防止注塑机筒内存有大量物料，导致注塑所需油缸压力增加，节约成本；同时，保证注塑机筒内不间断有物料供给，节约时间成本。上述搅拌电机优选力矩较大、转速可控的力矩电机；其与搅拌桨间的连接方式优选直接通过搅拌桨杆连接，可以通过直接控制电机转速控制搅拌转速，同时反馈力矩来测定胶体粘度以判断是否搅拌均匀。搅拌电机与搅拌桨之间也可通过各级减速机构连接，对此的增速减速连接方式均属于本技术保护范围。本技术提出的一种多孔电极制备工艺所述的配置PAN基胶体包括以下两种配置方式，下述的溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、硝酸呀乙基脂等极性有机溶剂的一种或多种，本技术中优选二甲基亚砜：(1)优选直接将PAN材料与溶剂按照所需要的比例混合，通过循环加热保持温度恒定在80℃，搅拌直至混合均匀获得满足注塑要求的胶体，此方案的优点是可以保证PAN与溶剂混合更为均匀分散，形成胶体质量更好。(2)先将PAN与溶剂配置成一定比例的预制胶体，密封保存，当需要注塑成型时，再通过添加PAN粉料调节胶体中的PAN比例，获得满足注塑要求的胶体，此种做法的优点是可以在注塑机内直接配制PAN胶体，不会因为溶剂的粘度低而无法在机筒内与PAN材料很好的混合。上述的PAN材料优选粉状材料，更易于在溶剂中分散形成均匀胶体。本技术所述真空注塑为：先将模腔内铺上导电碳纤维层，合模。由于本注塑胶体容易被水溶液萃取而固化，故需要先向模内充入高温干燥气体，用于干燥模腔；待模腔干燥完成后，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔电极制备装置，其特征在于：主要包括控制系统、恒温系统、水浴萃取系统、注塑系统和合模系统，所述控制系统主要包括PLC控制机箱和人机交互面板；所述恒温系统包括加热模块和冷却模块；所述水浴萃取系统包括水槽、干燥箱和萃取液箱；所述注塑系统包括混料罐、混料电机、压料电机、储料罐、注塑油缸、注塑机筒、注塑活塞、真空泵和气泵；所述合模系统包括动模板、定模板、模芯、移模油缸和移芯油缸；所述控制系统主要用于控制系统温度恒定，液压系统顺序动作和电机正常运转，以正确执行工艺路线；所述混料罐上固接有两个压料油缸和一个混料电机，混料电机的动力输出端通过混料浆光轴与混料浆固接；混料浆的光轴穿过压料盖，与压料盖滑动配合，连接处保持密封；压料盖与压料油缸的活塞杆固接，压料盖与混料罐滑动连接，连接处保持密封；混料罐与储料罐间通过电控单向阀连接，单向阀只允许混料罐的物料进入储料罐；所述储料罐与机架固接，储料罐内设置有可自动压料的压料板，压料板与储料罐滑动连接，且保持密封状态；储料罐上方的储料盖开设有气孔，用以保持压料板上方的压力与大气压力一致；储料罐底部与注射机筒的顶部通过无阻碍管路连接；所述注射机筒在控制系统的控制下可与机架发生相对运动；注塑机筒与注射油缸固接，注射油缸活塞杆与注塑机筒内的带止逆环的注塑活塞或螺杆固接，通过注射油缸控制物料的注射；所述的定模板与机架固接，动模板在移模油缸的控制下在拉杆上滑动；所述移芯油缸与动模板固接，移芯油缸活塞杆与型芯固接，通过活塞杆的运动控制型芯的运动；模具与型芯均采用嵌套式设计，模具及型芯的每一个壁面至少包括模具套、多孔薄片、分流器三个组成部分，多孔薄片被夹在模具套与分流器中间，且保持拉紧状态，无褶皱，可根据具体使用要求更换模具内不同孔隙直径的多孔薄片；加热冷却系统包覆在混料罐及注塑机筒外围。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多孔电极制备装置，其特征在于：主要包括控制系统、恒温系统、水浴萃取系统、注塑系统和合模系统，所述控制系统主要包括PLC控制机箱和人机交互面板；所述恒温系统包括加热模块和冷却模块；所述水浴萃取系统包括水槽、干燥箱和萃取液箱；所述注塑系统包括混料罐、混料电机、压料电机、储料罐、注塑油缸、注塑机筒、注塑活塞、真空泵和气泵；所述合模系统包括动模板、定模板、模芯、移模油缸和移芯油缸；所述控制系统主要用于控制系统温度恒定，液压系统顺序动作和电机正常运转，以正确执行工艺路线；所述混料罐上固接有两个压料油缸和一个混料电机，混料电机的动力输出端通过混料浆光轴与混料浆固接；混料浆的光轴穿过压料盖，与压料盖滑动配合，连接处保持密封；压料盖与压料油缸的活塞杆固接，压料盖与混料罐滑动连接，连接处保持密封；混料罐与储料罐间通过电控单向阀连接，单向阀只允许混料罐的物料进入储料罐；所述储料罐与机架固接，储料罐内设置有可自动压料的压料板，压料板与储料罐滑动连接，且保持密封状态；储料罐上方的储料盖开设有气孔，用以保持压料板上方的压力与大气压力一致；储料罐底部与注射机筒的顶部通过无阻碍管路连接；所述注射机筒在控制系统的控制下可与机架发生相对运动；注塑机筒与注射油缸固接，注射油缸活塞杆与注塑机筒内的带止逆环的注塑活塞或螺杆固接，通过注射油缸控制物料的注射；所述的定模板与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫民，王修磊，马昊鹏，吴思达，丁玉梅，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：新型
国别省市：北京;11