一种组合式石墨匣钵的制作方法

1.本实用新型涉及电池正极材料烧结技术领域，特别是涉及一种组合式石墨匣钵。


背景技术：

2.磷酸铁锂电池的正极材料是磷酸铁锂电池的重要组成部分，现在磷酸铁锂电池正极材料的生产工艺普遍采用高温烧结法，批量生产磷酸铁锂电池正极材料使用最为广泛的容器是匣钵。而石墨匣钵由于具有良好的抗腐蚀性、导热性、耐高温性和良好的力学性能，被广泛用于磷酸铁锂、石墨等粉体材料的烧结。
3.目前市场上的石墨匣钵一般分为两种，一种是掏挖匣钵，以等静压高纯石墨块体为原料，采用掏挖工艺，将芯料掏出，再机械加工制备成匣钵，该石墨匣砵生产工艺的原材料利用率极低(小于20％)，产生大量的废料，且产能严重受制于高纯石墨原材料，无法满足近年来新能源行业爆炸式增长带来的需求；一种是以石墨粉体和石油焦为主要原料，在模具中施加高压成型，然后高温炭化制备的匣钵，这类匣钵生产设备投入大、生产效率低、成品率低，且由于该法成型的材料在高温下热应力较大，抗折强度、断裂强度等指标都有所降低，因此在实际使用时，其使用寿命较低。
4.申请号为202120915601.0公开了一种铁酸锂电池负极材料烧结用组合式石墨匣砵，该石墨匣砵由开设卡槽的底板、两个c型挡板、两个横挡板组合连接而成。该石墨匣砵解决了掏挖匣钵石墨利用率低、加工复杂以及成本高的问题，但是该组合结构的石墨匣砵的石墨利用率提升有限，组合结构相对比较复杂，加工难度较大，因此成本降幅也有限，另外，其也没有解决c型板拐角处以及拼接处应力集中的问题。另外，现有技术还公开了另外一些拼接结构，但是针对石墨材质的拼接结构，其拼接部位的应力集中问题均没有得到有效解决。
5.因此，开发一种低成本且性能优异的组合式石墨匣砵成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是为了解决现有石墨匣钵成本高、加工复杂以及应力集中等问题而提出的一种组合式石墨匣钵。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
8.一种组合式石墨匣钵，包括底板、多个侧板、石墨方柱以及螺钉，所述侧板沿着底板四周竖向设置在底板上且与所述底板围合成带空腔的盒体结构，任意相邻两个所述侧板的拼接处通过子母口进行卡接，所述石墨方柱分别沿着侧板与底板、侧板与侧板的拼缝设置；所述石墨方柱、底板、侧板上均开有连接孔，所述底板、侧板和石墨方柱通过所述螺钉与连接孔配合固定连接。
9.首先，本实用新型的石墨匣钵采用底板和侧板相拼接的结构，解决了掏挖石墨匣钵的转角应力集中和成本高昂的问题；其次，针对现有技术中的拼接式结构，本方案侧板采
用子母结构卡接，并在侧板与侧板的拼接处采用石墨方柱和螺钉进行连接，不仅结构简单可靠，还进一步解决了转角处应力集中问题，另一方面，因为石墨材质脆性极大，如果在侧板上直接用螺钉连接，很容易导致侧板连接部位开裂，影响石墨匣钵的使用寿命，如果通过增加侧板的厚度解决开裂的问题，则石墨匣钵的成本又会大幅度增加，石墨方柱和螺钉的组合应用，石墨方柱不仅结构简单且体积较小，且方方正正的断面结构能很好的起到应力分散的作用，连接也十分可靠。因此，同时满足拼接处子母结构卡接、石墨方柱和螺钉的连接结构，在不增加侧板厚度的同时，使得侧板拼接部位彻底解决了使用过程中的脆断和开裂问题；再者，石墨方柱设置在拼缝处，还能有效阻止拼缝处的漏料现象。
10.优选地，所述侧板为四块尺寸和形状均相同的直板。
11.优选地，所述底板的四周边缘设有承台，所述侧板设置在所述承台上。
12.优选地，所述石墨方柱包括连接相邻两所述侧板的竖向方柱和连接所述侧板和底板的横向方柱，多个所述横向方柱尺寸和形状相同，和/或多个所述竖向方柱尺寸和形状相同。
13.优选地，位于同一侧面的所述侧板和至少一个所述石墨方柱一体成型。
14.优选地，设置在同一侧板上的两个相邻石墨方柱一体成型，形成l型，或设置在同一侧板上的三个相邻石墨方柱一体成型形成u型。
15.优选地，所述螺钉为石墨螺钉、陶瓷螺钉或碳纤维螺钉。
16.优选地，所述螺钉为碳纤维螺钉，所述碳纤维螺钉表面覆盖有炭化层，或所述碳纤维螺钉与侧板或石墨方柱的连接孔之间有炭化层或炭化颗粒。
17.优选地，所述螺钉的螺帽与石墨方柱之间，和/或所述螺钉的螺帽与侧板之间还设有柔性石墨垫片。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的一种组合式石墨匣钵的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例提供的一种组合式石墨匣钵打开一块侧板后的结构示意图；
21.图3为本实用新型实施例提供的一种组合式石墨匣钵的侧板结构示意图；
22.图4为本实用新型实施例提供的一种组合式石墨匣钵的石墨方柱结构示意图；
23.图5为本实用新型实施例提供的一种组合式石墨匣钵的底板结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图1-5，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.如图所示，本实用新型实施例提供了一种组合式石墨匣钵，包括底板3、多个侧板2、多个石墨方柱1以及多个螺钉，多个侧板2沿着底板3四周竖向设置在底板3上且与底板3围合成带空腔的盒体结构，任意相邻两个侧板2 的拼接处通过子母口进行卡接，石墨方柱1分别沿着侧板2与底板3、侧板2 与侧板2的拼缝设置，石墨方柱1、底板3、侧板2上均开有连接孔7，底板 3、侧板2和石墨方柱1通过螺钉与连接孔7配合固定连接。在本实施例中，侧板2可以为两块，分别为l型，两个l型侧板2拼接成四方空间，或者，侧板2为四块，且都为直板。需要说明的是，以上只是例举，侧板2的数量还可以是其他等同形式，在此不再一一例举，只要能满足围合形成四方空间且减少原材料浪费即可。两个侧板2的拼接处通过子母口进行卡接，图示结构只是一种例举，单卡口或多卡口结构都在本方案范围内。侧板2、石墨方柱 1和底板3上的连接孔7为螺纹孔，根据本技术领域常规手段，也可以采用通孔和螺纹孔结合的方式，只要能满足螺钉的紧固作用就行，在此不做过多阐述。
26.本实用新型的石墨匣钵采用底板3和侧板2相拼接的结构，解决了掏挖石墨匣钵的转角应力集中和成本高昂的问题；其次，针对现有技术中的拼接式结构，本方案侧板2采用子母结构卡接，并在侧板2与侧板2的拼接处采用石墨方柱1和螺钉进行连接，不仅结构简单可靠，还进一步解决了转角处应力集中问题，另一方面，因为石墨材质脆性极大，如果在侧板2上直接用螺钉连接，很容易导致侧板2连接部位开裂，影响石墨匣钵的使用寿命，如果通过增加侧板2的厚度解决开裂的问题，则石墨匣钵的成本又会大幅度增加，石墨方柱1和螺钉的组合应用，石墨方柱1不仅结构简单且体积较小，且方方正正的断面结构能很好的起到应力分散的作用，连接也十分可靠。因此，同时满足拼接处子母结构卡接、石墨方柱1和螺钉的连接结构，在不增加侧板2厚度的同时，使得侧板2拼接部位彻底解决了使用过程中的脆断和开裂问题；再者，石墨方柱1设置在拼缝处，还能有效阻止拼缝处的漏料现象。
27.另一实施例中，侧板2为四块，侧板2的尺寸和形状一致，侧板2的两端分别设有子母口，四个侧板2规格一致，采用标准化的直板，没有转角，便于自动化加工，生产效率得到极大提升，且原材料的利用率得到大幅度提升。石墨方柱1的规格也可以一致，均为截面为长方体，也可以进一步提升加工效率和原材料利用率。
28.另外，为了便于侧板2限位和安装，底板3的四周边缘设有承台，侧板2 设置在承台上。承台的设置，有利于侧板2的限位，还能提升拼缝处的密闭性，避免漏料现象。
29.具体的，石墨方柱1包括连接相邻两侧板2的竖向方柱6和连接侧板2 和底板3的横向方柱5，多个横向方柱5尺寸和形状相同，和/或多个竖向方柱6尺寸和形状相同，横向方柱5设置在侧板2与底板3的拼缝处，竖向方柱6设置在相邻侧板2的拼缝处。石墨方柱1为长方体石墨棒，采用标准化设计和加工，进一步提升效率和原材料利用率，节省成本。侧板采用标准化的直板，石墨方柱采用标准化的长方体，原材料利用率至少可以提升至90％以上。
30.另外，石墨方柱1可以单独加工成型，也可以与侧板2一体成型，例如：位于同一侧面的侧板2和一个石墨方柱1一体成型，当然，一个侧板2上也可以一体成型两根石墨方柱1。另外一种替代方案中，设置在同一侧板2上的两个相邻石墨方柱1一体成型，可以形成l型，或设置在同一侧板2上的三个相邻石墨方柱1一体成型形成u型。以上两种方案中，可以减少螺钉的数量，但是原材料利用率相比侧板、石墨方柱单独成型方案会有一定降低。
31.在另一种优选的实施例中，石墨匣钵底部的四个角上设有包角8，包角8 可以后加上去，也可以与侧板2同时成型，一方面，包角8可以进一步加强连接部位的力学性能，保证
石墨匣钵的稳定性，更为重要的是，该包角8可以起到限位作用，保证相邻两个石墨匣钵在使用过程中间隔一定距离，有利于机械手的夹持，也有利于电池正极材料加热均匀。另外，侧板2的上端可以开设通气口，石墨匣钵的开口端在使用过程中一般都会加盖，通气口有利于热量对流。
32.在以上实施例中，螺钉可以采用石墨螺钉、陶瓷螺钉或碳纤维螺钉4。螺钉优选为碳纤维螺钉4，且碳纤维螺钉4表面覆盖有炭化层，或碳纤维螺钉4 与侧板2或石墨方柱1的连接孔7之间有炭化层或炭化颗粒。但是碳纤维材质的螺钉在加工的时候经常出现缺齿的现象，如果用缺齿的螺钉直接进行固定连接，则容易出现连接不可靠的问题，因此在碳纤维螺钉4的外表面覆盖炭化层，或者在侧板2或石墨方柱1的连接孔7之间有炭化层或炭化颗粒，这样就能很好弥补缺齿的缺陷。
33.需要说明的是，在机械结构中，螺钉连接是常规技术手段，但是在石墨匣钵这个特定材质和使用环境下，现有技术从未有螺钉的使用，因为其很难克服脆性和螺钉断齿的问题。本发明利用碳纤维螺钉和石墨方柱的组合连接结构，再加上碳纤维螺钉和炭化层的组合应用，完全克服脆性和断齿的难题。炭化层在受到热应力或者外力时，能起到一定的缓冲作用，还能弥补断齿处的力学性能。
34.优选地，横向方柱5的长度与其长度方向相对的两侧板2之间的距离相等，或竖向方柱6与侧板2等高，即石墨方柱1能完全遮挡拼缝，但是不伸出匣钵口。这样的结构有利于防止漏料现象。
35.优选地，螺钉端部的螺帽与石墨方柱1的表面之间，或者螺钉端部的螺帽与侧板2表面之间还设有柔性石墨垫片。该石墨垫片一方面起到预紧作用，防止螺钉脱落，另一方面进一步释放应力，防止侧板2开裂。
36.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.以上对本实用新型所提供的一种组合式石墨匣钵进行了详细介绍。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。