钠片成型装置的制作方法

本实用新型属于材料成型技术领域，具体涉及一种制备片状金属钠材料的成型装置。

背景技术：

随着多年来锂离子电池工业的长足发展，锂元素资源成为电池工业中不可或缺的原料，可以预见，随着新能源行业的深入发展，锂离子电池作为新能源行业的重要应用商品，其原料——锂元素在将来必然是重要战略资源。锂元素并非是取之不竭、用之不尽的，锂元素资源在地壳中的储量仅约为0.0065％。

在锂电池制造技术越来越成熟的情况下，各国研究人员不断在电池领域进行深度开发，前沿技术中已经开发出了以钠元素为主要来源的钠离子电池，想要在不久的将来作为锂离子电池的替代产品。钠元素是地球上储量较丰富的元素之一，其化学性质与金属锂也较为接近，钠元素在地壳中的含量约为2.83％，其储量是锂的数十倍，相比起锂元素资源，钠元素的资源更为丰富、来源更为广泛。钠离子电池的工作原理与锂离子电池基本一致，充放电过程中钠离子在正极界面以及负极界面之间进行嵌入、脱出的电化学反应；该电池类型具有明显的成本优势以及经济效益，有望在将来取代锂离子电池而成为电池领域的主流。在当前的产业化以及科研领域中，大多使用锂片进行扣式电池的制作，用于材料开发和评价，而由于单质钠的特殊性质，目前商业化的金属钠暂无片状的销售形态，往往以常见的块状形式进行存储，在使用过程中非常不便。面对这一问题，并没有任何行之有效的解决方法。

技术实现要素：

为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种钠片成型装置，该装置通过合理设计钠片成型空间结构以及钠片压制机构，实现了钠片的标准化生产制备，该压制机构结构简单易操作、工况环境安全无害，钠片压制过程简单易行、效率高，填补了目前片状金属钠材料无法标准化制备的技术空白。

本实用新型所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本实用新型中提供的钠片成型装置，包括密闭的成型仓体以及装设于成型仓体内的金属钠压片机构所述成型仓体内设有温度控制装置以及抽湿装置、除氧装置，所述温度控制装置控制所述成型仓体内温度低于26℃，所述抽湿装置控制所述成型仓体内相对湿度为0.5-10ppm，所述除氧装置控制所述成型仓体内氧含量为0.1-1ppm；所述金属钠压片机构包括压片腔及平压装置，所述压片腔内装设待压制块状金属钠，所述平压装置在动力机构的带动下将待压制金属钠压制成所需钠片。

进一步地，所述金属钠压片机构包括中空结构的容腔壁，所述容腔壁底部固定设有形状与之相适配的底压板，还包括形状与所述容腔壁相适配的顶压板；使用过程中，所述顶压板、底压板以及周测的容腔壁合围构成所述压片腔。

进一步地，所述顶压板与所述容腔壁为间隙配合，所述底压板与所述容腔壁为过盈配合。

进一步地，所述间隙量为3-20μm，所述过盈量为5-10μm。

进一步地，所述顶压板、底压板接触金属钠的面上设有平滑层，所述平滑层为低表面能层，且硬度高于块状金属钠。

进一步地，所述平滑层为陶瓷涂料层，所述平滑层表面水滴接触角大于等于120°。

进一步地，所述顶压板上连接压力轴，所述压力轴连接动力机构，所述动力机构带动所述压力轴运动，从而带动顶压板向底压板方向运动。

进一步地，所述压力轴上设有可视刻度标记。

进一步地，所述顶压板上设有压力传感器。

进一步地，所述金属钠压片机构底部设有固定底座。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供了一种标准化的钠片成型装置，该装置通过合理设计钠片成型装置的所需的空间结构以及钠片压制机构，实现了钠片的标准化生产制备，该压制机构结构简单易操作、工况环境安全无害，钠片压制过程简单易行、效率高，填补了目前片状金属钠材料无法标准化制备的技术空白。

附图说明

图1为本实用新型中钠片成型装置的结构示意图；

图2为本实用新型钠片成型装置中顶压板的放大结构示意图；

附图标记说明如下：

101、成型仓体；102、温湿度、氧气含量监控装置；103、顶压板；104、底压板；105、底板；106、容腔壁；107、压片腔；108、压力轴；109、压力传感器；1031、平滑层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。

本实施例中提供的钠片成型装置的主要结构如附图1、2所示。

如附图，钠片成型装置包括密闭的成型仓体101以及装设于成型仓体内的金属钠压片机构。需说明的是，本处所指“密闭”是指在钠片压制的整体工艺过程中该成型仓体为密闭结构，而非该仓体永远为密闭结构。很明显，该仓体应存在以供进出料的进出口，虽然在附图中未明确标识出来，但是进出料口的设置应为此处的隐含技术特征。

由于金属钠活性高的特点，现有技术中，金属钠原料往往以块状浸泡于煤油介质中用于保存。本实用新型中考虑到金属钠的特殊性质，利用封闭成型仓体的特点，将仓体内部设有温度控制装置以及抽湿装置、除氧装置，温度控制装置控制成型仓体内温度低于26℃，抽湿装置控制成型仓体内相对湿度为0.5-10ppm，除氧装置控制所述成型仓体内氧含量为0.1-1ppm，在上述温湿度以及氧气含量条件下，金属钠原料才能够顺利完成压制过程、不会发生性质的改变。需说明的是，本实用新型中虽以“成型仓体”来指代钠片成型工艺所处之处，但并未限制其大小及形状，根据需要设定即可。例如，在本实用新型发明人的具体实践过程中，在实验室等较小空间内可采用类似手套箱(锂电池行业应用)的能够严格控制温湿度和氧气含量的空间内进行压制操作，当要大规模制备量产时，可选择相对更大的车间或者厂房，温度调节装置(如空调等)、抽湿装置(抽湿机等)、除氧装置(铜触媒、分子筛等)可装设于成型仓体内(如成型仓体为较大空间的车间或者厂房)，也可采用像手套箱的结构，将其内部环境分别于温湿度、氧气含量控制调节相连即可(同样也可看做其内部环境设有温湿度控制装置以及氧气含量控制装置)。即，实际情况中，利用温湿度调节装置、除氧装置调节仓体内部环境，在仓体内装设温湿度和氧气含量监控器进行温湿度监控即可，如附图1中所装设的温湿度以及氧气含量监控器102，该监控器与温湿度以及氧气含量调节装置相连，该监控器可为分别对这三个参数进行监控的独立监控器也可采用单片机等装置实现三个参数的联合监控。

进一步地，装设于成型仓体101内的金属钠压片机构包括压片腔及平压装置，压片腔内装设待压制块状金属钠，平压装置在动力机构的带动下将待压制金属钠压制成所需钠片。具体结构说明如下：

金属钠压片机构包括中空结构的容腔壁106，容腔壁106底部固定设有形状与之相适配的底压板104，还包括形状与容腔壁相适配的顶压板103；使用过程中，顶压板103、底压板104以及周测的容腔壁106合围构成压片腔107。顶压板103上连接压力轴108，压力轴108连接动力机构(如电机，此处未标示)，动力机构带动压力轴108运动，从而带动顶压板103向底压板104方向运动，从而将装设于压片腔107内部的金属块状钠压成扁平状。实施例中动力机构使用的是现有技术中常用的电动压力机构，在实际过程中，可根据实际需要选用油压机构或者其他动力组件，只要是能够提供向下的压力的动力机构即可。

以采用的封闭仓体为较小型的封闭仓体为例说明压片过程，压片过程的工艺步骤为：

s01，打开封闭仓体和压片腔，将表面处理干净的金属钠块放置于底压板107中心位置；

s02，封闭仓体，打开温湿度和氧气含量控制装置，使仓体内温湿度和氧气含量达到要求范围内即可；

s03，将顶压板送入容腔壁内，利用动力机构带动顶压板向底压板方向运动，将装设于压片腔内部的金属块状钠压成扁平状；

s04，压制完毕后，顶压板复位从容腔壁退出，取出成型的钠片即可。

在s04的基础上，还可利用冲头或者其他切割工具将成型的钠片切割成所需形状再取出。

在具体使用过程中，为了使顶压板和底压板能够与容腔壁顺利配合使用，优选顶压板与容腔壁为间隙配合，底压板与所述容腔壁为过盈配合，且进一步优选间隙量为3-20μm，过盈量为5-10μm。在上述过盈量范围内，底压板才能够稳定装设于容腔壁底部，顶压板才能够顺利在容腔壁内作往复运动。

进一步地，为了实现标准化生产，在压力轴108上设有可视刻度标记，用于直观检测压力大小，同时在顶压板103上设有压力传感器109，用于记录及检测实际压制过程中的压力大小。

进一步地，为了提升压制过程的效率，防止金属钠在压制过程中粘附于顶压板或者底压板上，顶压板或者底压板上设有平滑层，所述平滑层为低表面能层，且硬度高于块状金属钠。如附图2所示，顶压板103上设有平滑层1031，改平滑层采用低表面能的陶瓷涂料层，该陶瓷涂料层的接触角为128°。

进一步地，为了提升压制过程的稳定程度，金属钠压片机构底部设有固定底座105，该固定底座可采用不锈钢等硬质材料制成。

从上述实施例的方案可以看出，本实用新型提供了一种标准化的钠片成型装置，该装置通过合理设计钠片成型装置的所需的空间结构以及钠片压制机构，实现了钠片的标准化生产制备，该压制机构结构简单易操作、工况环境安全无害，钠片压制过程简单易行、效率高，填补了目前片状金属钠材料无法标准化制备的技术空白。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的范围。