[發明專利]一種二硼化鈦可潤濕陰極

在審

• 申請號: 202310047908.7
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN115961310A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 包生重;李冬生;陳開斌;王懷江;侯光輝;石序;羅麗芬;張芳芳;劉彥輝
• 申請（專利權）人: 中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08;C04B35/80;C04B35/58;C04B35/622;C04B35/63;C04B35/645
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 馬苗苗

本申請涉及一種二硼化鈦可潤濕陰極包括：二硼化鈦冷壓燒結塊，所述二硼化鈦冷壓燒結塊包括二硼化鈦和添加劑，所述添加劑包括石墨、碳纖維、氮化鈦；二硼化鈦涂層，涂覆于所述二硼化鈦冷壓燒結塊的表面。本申請通過采用碳纖維增強、氮化鈦助燒結、等靜壓成型等措施，大幅提高冷壓燒結復合塊的強度和致密度，同時降低了所需的燒結溫度，使得本申請可采用成本較低的冷壓燒結工藝，且結構尺寸將不會受到限制，抗熱震性能強，也更容易加工；同時在二硼化鈦冷壓燒結塊表面設置二硼化鈦涂層，制得的二硼化鈦可潤濕陰極表面的性能達到與純二硼化鈦陶瓷相近的水平。

技術領域

本申請涉及鋁電解領域，尤其涉及鋁電解陰極。

背景技術

可濕潤陰極對于惰性陽極鋁電解和預焙炭陽極鋁電解的發展都非常重要。采用惰性陽極時，鋁電解反應方程由Al₂O₃+C＝Al+CO₂轉化為Al₂O₃＝Al+O₂，理論分解電壓也由1.2V升高至2.2V。即采用惰性陽極時鋁電解的理論分解電壓比采用炭陽極時理論分解電壓高出1V。惰性陽極鋁電解如果要保持于炭陽極鋁電解同等或更少的能耗，就必須與可潤濕陰極配合，采用豎式電極結構的鋁電解槽。當前，預焙陽極鋁電解已經通過降低外圍導體壓降(如陽極、鋼爪、陰極、陰極鋼棒、外圍母線等)以及水平電流，實現了能耗的大幅降低。采用可濕潤陰極，實現“干式陰極”運行，即取消鋁液層，是下一個階段深度節能的一個重要選擇。沒有了鋁液層的波動以及鋁液層的散熱損失，極距可以小于3.5cm甚至更低，從而大幅降低槽電壓和能耗。

無論是惰性陽極鋁電解還是炭陽極鋁電解，在沒有鋁液層或薄鋁液層的條件下，對可潤濕陰極的要求均較高。首先是需要良好的潤濕性，鋁水能夠在可潤濕陰極表面直接析出，其次是沒有了鋁液層的保護，需要陰極本身抵抗電解質熔體以及鈉鉀滲透腐蝕的性能要大大加強。

目前，二硼化鈦(TiB₂)較理想的可潤濕性陰極材料。純的二硼化鈦具有導電性能好、強度高、耐磨、與鋁水潤濕好等優點的同時，還具備較強的抗電解質熔體、鋁液腐蝕以及鈉鉀滲透的能力。現有二硼化鈦材料制作的可濕潤性陰極主要可歸納為3類：二硼化鈦陶瓷陰極、二硼化鈦復合陰極材料、二硼化鈦涂層。這三類可濕潤陰極均存在一定的問題：陶瓷陰極制備困難、成本高、抗熱震性能差，工業化應用受到嚴重制約；二硼化鈦復合陰極材料碳含量高、氣孔率高、壽命短；二硼化鈦涂層易剝落、壽命短。這使得二硼化鈦仍難以應用于可潤濕陰極。

發明內容

本申請實施例提供了一種二硼化鈦可潤濕陰極，以解決二硼化鈦難以應用于可潤濕陰極的技術問題。

第一方面，本申請實施例提供一種二硼化鈦可潤濕陰極，所述二硼化鈦可潤濕陰極包括：

二硼化鈦冷壓燒結塊，所述二硼化鈦冷壓燒結塊包括二硼化鈦和添加劑，所述添加劑包括石墨、碳纖維、氮化鈦；

二硼化鈦涂層，涂覆于所述二硼化鈦冷壓燒結塊的表面。

在本申請的一些實施例中，以重量份數份數計，所述二硼化鈦-碳纖維復合冷壓燒結塊包括16-19份的二硼化鈦和1-4份的添加劑。

在本申請的一些實施例中，以所述添加劑的質量分數計，所述添加劑包括：

0.1％-2％的碳纖維；

0.5％-10％的氮化鈦；

0.5-5％的氧化鈦；

余量為石墨。

在本申請的一些實施例中，所述二硼化鈦涂層的厚度為200-1000μm。

第二方面，本申請實施例提供一種二硼化鈦可潤濕陰極的制備方法，所述二硼化鈦可潤濕陰極的制備方法包括如下步驟：