[發明專利]摻雜Ti4O7粉體及其制備方法

有效

• 申請號: 201310219892.X
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103274456A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 葉金文;劉穎;張曉燕;朱瑞杰
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 黃幼陵;肖睿澤

技術領域

本發明屬于導電粉體技術領域，特別涉及摻雜Ti₄O₇粉體及其制備方法。

背景技術

Ti₄O₇作為一種穩定的單相鈦黑，因其特殊的晶體結構而具有較好的導電性能，這使其在各種化學電源，包括鉛蓄電池、液流電池和燃料電池方面均有較好的應用前景。做為一種近年來新興的導電材料，目前已成為電池材料方面研究的熱點之一。但目前文獻報道中Ti₄O₇電導率仍小于炭黑等材料的導電率(Magnéli?phases?Ti_nO_2n?1nanowires:?Formation,?optical,?and?transport?properties.?APPLIED?PHYSICS?LETTERS，2008，92,?203117)，所以還不能完全替代化學電源中的炭黑材料，這在一定程度上限制了其作為導電材料在化學電源方面的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供摻雜Ti₄O₇粉體及其制備方法，以獲得導電性能更高的鈦黑粉體。

本發明所述摻雜Ti₄O₇粉體，其化學式為(Ti_1-x，M_x)₄O₇，所述化學式中，M為摻雜金屬元素，0﹤x≤0.5，所述M為+5價的金屬元素V、Nb、W中的至少一種。

本發明所述摻雜Ti₄O₇粉體為固溶體結構，溶劑組元為Ti₄O₇，摻雜金屬元素M為溶質。本發明所述摻雜Ti₄O₇粉體有以下兩種制備方法：

1、第一種制備方法

第一種制備方法的工藝步驟依次如下：

（1）配料

原料為鈦源、金屬元素M源、碳質還原劑或鈦質還原劑，按照摻雜Ti₄O₇粉體的化學式及所用原料之間的化學反應計量各原料，所述摻雜Ti₄O₇粉體的化學式為(Ti_1-x，M_x)₄O₇，所述化學式中，M為摻雜金屬元素，0﹤x≤0.5；

（2）混料干燥

將步驟（1）計量好的原料放入球磨機中進行濕磨分散，使原料混合均勻，然后過篩分離出研磨球體得混合漿料，將所述混合漿料進行干燥得燒結用混合料；

（3）燒結

將步驟（2）制備的燒結用混合料在真空或氮氣或氬氣氣氛下于850℃～1350℃燒結1小時~4小時，繼后隨爐冷卻至100℃以下出爐，即得到摻雜Ti₄O₇粉體。

上述第一種制備方法，所述鈦源為TiO₂粉體，金屬元素M源為V、Nb、?W的五價氧化物粉體中的至少一種。

上述第一種制備方法，所述碳質還原劑為炭黑粉、石墨粉、活性炭粉、木炭粉、葡萄糖中的任一種，所述鈦質還原劑為鈦粉或氫化鈦粉。

上述第一種制備方法，混合漿料的干燥溫度為50℃~100℃，干燥時間為2小時~6小時。

2、第二種制備方法

第二種制備方法的工藝步驟依次如下：

（1）配料

原料為鈦源、金屬元素M源和碳質還原劑，按照摻雜Ti₄O₇粉體的化學式及所用原料之間的化學反應計量各原料，所述摻雜Ti₄O₇粉體的化學式為(Ti_1-x，M_x)₄O₇，所述化學式中，M為摻雜金屬元素，0﹤x≤0.5；

（2）制備粒料

將步驟（1）計量好的各原料用蒸餾水或去離子水配制成混合液，蒸餾水或去離子水的重量與各原料總重量之比為2～4∶1，然后用噴霧干燥機噴霧造粒，并將所得粒料在氬氣保護下于300℃～600℃煅燒至少30分鐘；

（3）燒結