[發明專利]鈦基亞氧化鈦板及其制造方法

有效

• 申請號: 201210295358.2
• 申請日: 2012-08-20
• 公開（公告）號: CN102817020A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 相佳媛;吳賢章;陳建
• 申請（專利權）人: 浙江南都電源動力股份有限公司;杭州南都電池有限公司;杭州南都能源科技有限公司
• 主分類號: C23C20/08
• 分類號: C23C20/08;H01M4/66
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本發明涉及一種鈦基亞氧化鈦板及其制造方法，該種鈦基亞氧化鈦板可用作高能蓄電池正極輕質板柵、雙極性電池板柵和其他相關化學電源的集流體。?

背景技術

鈦材料密度小、電導率高、機械加工性好，在硫酸體系中十分穩定，是一種理想的高能蓄電池用輕質集流體。但是，在酸性高電位條件下，鈦表面易氧化形成一層致密的不導電氧化物膜，這層“鈍化”膜將阻礙電子在活性物質與集流體之間的接觸，增大極化，惡化電池性能。為了提高鈦板的表面導電性和穩定性，通常需要在其表面制備特殊的導電保護層。這一保護層必須同時具備高導電性和耐酸腐蝕性。

Ti_nO_2n-1（4￡n￡6）是一種亞氧化鈦材料，專利US4422917公開了一種低電阻、高耐腐蝕性的低價氧化鈦粉末，專利CN101784487A進一步披露了低電阻、高耐腐蝕性的低價氧化鈦粉末中Ti₄O₇、Ti₅O₉和Ti₆O₁₁的比例。將這種亞氧化鈦粉末直接熱壓成板，雖然導電性較好，但機械強度大大減弱（Science?of?Sintering,?2007,?39,?51-57）。將其與熱塑性或熱固性的樹脂、填料和其他導電物壓合，可以提高極板的機械強度，但是由于這種極板中亞氧化鈦導電粉末的比例下降，導致板的電阻率增大。這些專利均沒有提及將Ti_nO_2n-1（4￡n￡6）薄膜直接生長或覆蓋于鈦基板上，也沒有提及Ti_nO_2n-1（4￡n￡6）薄膜的制備方法。

發明內容

本發明的一個目的在于針對鈦板表面易鈍化的問題，提供一種高導電、耐腐蝕的鈦基亞氧化鈦板，該種鈦基亞氧化鈦板可用做鉛酸電池正極集流體，減輕電池重量，提高電池能量密度，該種鈦基亞氧化鈦板還可用于雙極性電池和其他化學電源的集流體。

為此，本發明采用以下技術方案：它包括鈦金屬板載體和處于鈦金屬板載體表面的亞氧化鈦薄膜，亞氧化鈦薄膜的鈦氧化物主成分為Ti₄O₇、Ti₅O₉和Ti₆O₁₁，其中，Ti₄O₇、Ti₅O₉和Ti₆O₁₁的總含量不低于亞氧化鈦薄膜總質量的80%，Ti₄O₇的含量不低于亞氧化鈦薄膜總質量的60%，亞氧化鈦薄膜的厚度為10nm-1mm。

本發明的另一個目的在于提供一種具備上述高導電、耐腐蝕亞氧化鈦薄膜的鈦基亞氧化鈦板的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：它包括以下步驟：

(1)、鈦金屬板載體的表面清洗；

(2)、提供Ti(OH)₄溶膠，在Ti(OH)₄溶膠中分散有納米鈦顆粒；

(3)、在鈦金屬板載體表面制備鈦基前驅體薄膜，所述鈦基前驅體薄膜由步驟（2）所述的溶膠構成；

(4)、對步驟（3）的鈦基前驅體薄膜進行高溫熱處理，熱處理環境為真空或非氧化氣氛，利用鈦納米顆粒的還原活性，將鈦金屬板載體表面的鈦基前驅體薄膜高溫原位合成高導電性的亞氧化鈦薄膜。

在采用上述技術方案的基礎上，本發明還可采用以下進一步的技術方案：

步驟(2)的Ti(OH)₄溶膠中的分散的納米鈦顆粒粒徑在10-100nm之間，納米鈦顆粒的添加量在0.1-10g/ml。

步驟(2)的Ti(OH)₄溶膠的配方包括鈦源、醇類溶劑、溶膠穩定劑、少量去離子水和鹽酸，鈦源采用鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦中的一種或幾種，醇類溶劑采用無水乙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇中的一種或幾種。

步驟(3)在鈦金屬板載體上制備所述鈦基前驅體薄膜時，制膜方式包括浸漬-提拉、旋涂、噴涂、刷涂中的一種，鈦基前驅體薄膜的厚度在10nm-1mm之間。