1.本发明属于电极领域，具体涉及一种高电导率碳电极材料及其制备方法。


背景技术：

2.工业炭电极在作为一种重要的导电材料在工业中得到了广泛应用，炭电极与其他炭素制品相比具有使用领域广的特点，可以在工业硅、黄磷、电石、铁合金等冶炼矿热炉上使用。由于碳电极的电阻率较高，在使用过程中大量电力被消耗与电极，因此如何降低碳电极的电阻率是业界关注的重点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种高电导率碳电极材料及其制备方法，以克服现有技术的不足。
4.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种高电导率碳电极材料，包括碳质原料和粘结剂，碳质原料与粘结剂的质量比为(5-10)：1；碳质原料包括天然石墨、碳纤维、联苯和氧化亚铜，碳纤维的质量为碳质原料总质量的5-10％，联苯的质量为碳质原料总质量的5-10％，氧化亚铜的质量为碳质原料总质量的2-5％，余量为天然石墨。
6.进一步的，粘结剂包括煤焦油与聚酰亚胺，煤焦油与聚酰亚胺的质量比为1：(0.5-2)。
7.进一步的，天然石墨粒径小于150目。
8.一种高电导率碳电极制备方法，包括以下步骤：
9.s1，取碳质原料和粘结剂，碳质原料与粘结剂的质量比为(5-10)：1；碳质原料包括天然石墨、碳纤维、联苯和氧化亚铜，碳纤维的质量为碳质原料总质量的5-10％，联苯的质量为碳质原料总质量的5-10％，氧化亚铜的质量为碳质原料总质量的2-5％，余量为天然石墨；
10.s2，将天然石墨在惰性气体氛围煅烧，将煅烧后的天然石墨破碎磨粉并过150目筛网，然后将碳纤维、联苯和氧化亚铜与过150目筛网的天然石墨混合均匀形成碳质原料；
11.s3，将碳质原料与粘结剂混合均匀在磨具中进行天然石墨化，即可得到碳电极。
12.进一步的，惰性气体采用氮气或氩气。
13.进一步的，将天然石墨在惰性气体氛围煅烧以减少其中的挥发分和水分，煅烧温度为1100-1300℃，加热时间2-4h。
14.进一步的，将碳纤维、联苯和氧化亚铜与天然石墨粉末在球磨机中球磨不少于30分钟形成碳质原料。
15.进一步的，粘结剂包括煤焦油与聚酰亚胺，煤焦油与聚酰亚胺的质量比为1：(0.5-2)。
16.进一步的，将碳质原料与粘结剂混合均匀后放入模具中，并在1200-1400℃进行焙
烧2-3h，将焙烧好的原料在天然石墨化炉中天然石墨化，温度2700℃-2900℃，时间为40-50h。
17.进一步的，碳纤维采用化学气相沉积法制备。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
19.本发明一种高电导率碳电极材料，包括碳质原料和粘结剂，碳质原料与粘结剂的质量比为(5-10)：1；碳质原料包括天然石墨、碳纤维、联苯和氧化亚铜，碳纤维的质量为碳质原料总质量的5-10％，联苯的质量为碳质原料总质量的5-10％，氧化亚铜的质量为碳质原料总质量的2-5％，余量为天然石墨，采用碳纤维作为增强剂，天然石墨作为碳电极的基体，提供碳素基体，与联苯和氧化亚铜按照比例进行混合，碳纤维为导电增强剂，是为了提高碳基体的电导率，天然石墨内的针状结构和纤维纹理，与碳纤维作为增强剂进行混合，利用粘结剂将天然石墨与碳纤维稳固，氧化亚铜为天然石墨化促进剂，促进样品在高温下天然石墨化，从而增强电导率，天然石墨部分的不挥发性碳，形成高功率和超高功率天然石墨电极。
20.本发明一种高电导率碳电极制备方法，先将天然石墨在惰性气体氛围煅烧，提高其化学稳定性，将煅烧后的天然石墨破碎磨粉并过150目筛网，然后将碳纤维、联苯和氧化亚铜与过150目筛网的天然石墨混合均匀形成碳质原料，天然石墨作为碳电极的基体，提供碳素基体，与联苯和氧化亚铜按照比例进行混合，碳纤维的增加提高了碳基体的电导率，将碳质原料与粘结剂混合均匀在磨具中进行天然石墨化，提高了高电导率碳电极的稳定性。
具体实施方式
21.下面对本发明做进一步详细描述：
22.一种高电导率碳电极材料，包括碳质原料和粘结剂，碳质原料与粘结剂的质量比为(5-10)：1，碳质原料包括天然石墨、碳纤维、联苯和氧化亚铜，碳纤维的质量为碳质原料总质量的5-10％，联苯的质量为碳质原料总质量的5-10％，氧化亚铜的质量为碳质原料总质量的2-5％，余量为天然石墨，采用碳纤维作为增强剂，天然石墨作为碳电极的基体，提供碳素基体，与联苯和氧化亚铜按照比例进行混合，碳纤维为导电增强剂，是为了提高碳基体的电导率，天然石墨内的针状结构和纤维纹理，与碳纤维作为增强剂进行混合，利用粘结剂将天然石墨与碳纤维稳固，氧化亚铜为天然石墨化促进剂，促进样品在高温下天然石墨化，从而增强电导率，天然石墨部分的不挥发性碳，形成高功率和超高功率天然石墨电极，与人造石墨截然不同，非天然的石墨中的碳加热后完全挥发，导致石墨电极性能下降。
23.其中粘结剂包括煤焦油与聚酰亚胺，煤焦油与聚酰亚胺的质量比为1：(0.5-2)。
24.所述天然石墨粒径小于150目。
25.基于上述高电导率碳电极材料的高电导率碳电极制备方法，包括以下步骤：
26.s1，按质量比取天然石墨、碳纤维、联苯、氧化亚铜、煤焦油与聚酰亚胺，碳纤维的质量为碳质原料总质量的5-10％，联苯的质量为碳质原料总质量的5-10％，氧化亚铜的质量为碳质原料总质量的2-5％，煤焦油与聚酰亚胺的质量比为1：(0.5-2)；碳质原料与粘结剂混合质量比为(5-10)：1；
27.s2，将天然石墨在惰性气体氛围煅烧，将煅烧后的天然石墨破碎磨粉并过150目筛网，然后将碳纤维、联苯和氧化亚铜与天然石墨粉末混合均匀形成碳质原料；
28.s3，将煤焦油与聚酰亚胺加热混合形成粘结剂；
29.s4，将碳质原料与粘结剂混合均匀在磨具中进行天然石墨化，即可得到碳电极。
30.具体的，惰性气体采用氮气或氩气；将天然石墨在惰性气体氛围煅烧以减少其中的挥发分和水分，煅烧温度为1100-1300℃，加热时间2-4h；经1100-1300℃煅烧过的总质量电阻率降低到500μω
·
m左右，提高了导电率；
31.具体的，将碳纤维、联苯和氧化亚铜与天然石墨粉末在球磨机中球磨不少于30分钟形成碳质原料；采用化学气相沉积法制备得到碳纤维，即得到碳纳米纤维改性材料。
32.天然石墨化过程为：将碳质原料与粘结剂混合均匀后放入模具中，并在1200-1400℃进行焙烧2-3h，将焙烧好的原料在天然石墨化炉中天然石墨化，温度2700℃-2900℃，时间为40-50h。然后将得到碳电极降温取出并进行性能测定。
33.实施例1：
34.称取天然石墨200g在氮气保护下煅烧，煅烧温度1100℃，时间为2h，将煅烧后的天然石墨破碎磨粉，并用150目筛网过筛。取10g三维取向碳纤维，10g联苯，氧化亚铜4g在球磨机中球磨30分钟，并于天然石墨混合均匀。另取一烧杯称取煤焦油与聚酰亚胺的混合物40g(两者比例1：0.5)，将两者混合并在混捏机中混捏后倒入模具成型，将焙烧好的原料在2700℃中焙烧44h，冷却得到碳电极，对其性能进行测定：电阻率为7.8μω
·
m，密度为1.63g/cm3。
35.实施例2：
36.称取天然石墨200g在氮气保护下煅烧，煅烧温度1150℃，时间为2.5h，将煅烧后的天然石墨破碎磨粉，并用150目筛网过筛。取12g三维取向碳纤维，10g联苯，氧化亚铜5g在球磨机中球磨30分钟，并于天然石墨混合均匀。另取一烧杯称取煤焦油与聚酰亚胺的混合物35g(两者比例1：1)，将两者混合并在混捏机中混捏后倒入模具成型，将原料在2800℃中焙烧48h，冷却得到碳电极，对其性能进行测定：电阻率为6.1μω
·
m，，密度为1.55g/cm3。
37.实施例3：
38.称取天然石墨200g在氮气保护下煅烧，煅烧温度1300℃，时间为3h，将煅烧后的天然石墨破碎磨粉，并用150目筛网过筛。取13g三维取向碳纤维，11g联苯，氧化亚铜5.5g在球磨机中球磨30分钟，并于天然石墨混合均匀。另取一烧杯称取煤焦油与聚酰亚胺的混合物33g(两者比例1：1)，将两者混合并在混捏机中混捏后倒入模具成型，将原料在2900℃中焙烧45h，冷却得到碳电极，对其性能进行测定：电阻率为5.1μω
·
m，密度为1.58g/cm3。
39.实施例4：
40.称取天然石墨200g在氮气保护下煅烧，煅烧温度1300℃，时间为3h，将煅烧后的天然石墨破碎磨粉，并用150目筛网过筛。取13g三维取向碳纤维，13g联苯，氧化亚铜7g在球磨机中球磨30分钟，并于天然石墨混合均匀。另取一烧杯称取煤焦油与聚酰亚胺的混合物29g(两者比例1：1)，将两者混合并在混捏机中混捏后倒入模具成型，将原料在2750℃中焙烧48h，冷却得到碳电极，对其性能进行测定：电阻率为6.3μω
·
m，密度为1.61g/cm3。
41.实施例5：
42.称取天然石墨200g在氮气保护下煅烧，将煅烧后的天然石墨破碎磨粉，并用150目筛网过筛。取18g三维取向碳纤维，18g联苯，氧化亚铜9g在球磨机中球磨30分钟，并于天然石墨混合均匀。另取一烧杯称取煤焦油与聚酰亚胺的混合物29g(两者比例1：2)，将两者混
合并在混捏机中混捏后倒入模具成型，将原料在2850℃中焙烧50h，冷却得到碳电极，对其性能进行测定：电阻率为5，7μω
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m，密度为1.64g/cm3。