[发明专利]钛基亚氧化钛板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛基亚氧化钛板及其制造方法，该种钛基亚氧化钛板可用作高能蓄电池正极轻质板栅、双极性电池板栅和其他相关化学电源的集流体。 

背景技术

钛材料密度小、电导率高、机械加工性好，在硫酸体系中十分稳定，是一种理想的高能蓄电池用轻质集流体。但是，在酸性高电位条件下，钛表面易氧化形成一层致密的不导电氧化物膜，这层“钝化”膜将阻碍电子在活性物质与集流体之间的接触，增大极化，恶化电池性能。为了提高钛板的表面导电性和稳定性，通常需要在其表面制备特殊的导电保护层。这一保护层必须同时具备高导电性和耐酸腐蚀性。

Ti_nO_2n-1（4￡n￡6）是一种亚氧化钛材料，专利US4422917公开了一种低电阻、高耐腐蚀性的低价氧化钛粉末，专利CN101784487A进一步披露了低电阻、高耐腐蚀性的低价氧化钛粉末中Ti₄O₇、Ti₅O₉和Ti₆O₁₁的比例。将这种亚氧化钛粉末直接热压成板，虽然导电性较好，但机械强度大大减弱（Science of Sintering, 2007, 39, 51-57）。将其与热塑性或热固性的树脂、填料和其他导电物压合，可以提高极板的机械强度，但是由于这种极板中亚氧化钛导电粉末的比例下降，导致板的电阻率增大。这些专利均没有提及将Ti_nO_2n-1（4￡n￡6）薄膜直接生长或覆盖于钛基板上，也没有提及Ti_nO_2n-1（4￡n￡6）薄膜的制备方法。

发明内容

本发明的一个目的在于针对钛板表面易钝化的问题，提供一种高导电、耐腐蚀的钛基亚氧化钛板，该种钛基亚氧化钛板可用做铅酸电池正极集流体，减轻电池重量，提高电池能量密度，该种钛基亚氧化钛板还可用于双极性电池和其他化学电源的集流体。

为此，本发明采用以下技术方案：它包括钛金属板载体和处于钛金属板载体表面的亚氧化钛薄膜，亚氧化钛薄膜的钛氧化物主成分为Ti₄O₇、Ti₅O₉和Ti₆O₁₁，其中，Ti₄O₇、Ti₅O₉和Ti₆O₁₁的总含量不低于亚氧化钛薄膜总质量的80%，Ti₄O₇的含量不低于亚氧化钛薄膜总质量的60%，亚氧化钛薄膜的厚度为10nm-1mm。

本发明的另一个目的在于提供一种具备上述高导电、耐腐蚀亚氧化钛薄膜的钛基亚氧化钛板的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：它包括以下步骤：

(1)、钛金属板载体的表面清洗；

(2)、提供Ti(OH)₄溶胶，在Ti(OH)₄溶胶中分散有纳米钛颗粒；

(3)、在钛金属板载体表面制备钛基前驱体薄膜，所述钛基前驱体薄膜由步骤（2）所述的溶胶构成；

(4)、对步骤（3）的钛基前驱体薄膜进行高温热处理，热处理环境为真空或非氧化气氛，利用钛纳米颗粒的还原活性，将钛金属板载体表面的钛基前驱体薄膜高温原位合成高导电性的亚氧化钛薄膜。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：

步骤(2)的Ti(OH)₄溶胶中的分散的纳米钛颗粒粒径在10-100nm之间，纳米钛颗粒的添加量在0.1-10g/ml。

步骤(2)的Ti(OH)₄溶胶的配方包括钛源、醇类溶剂、溶胶稳定剂、少量去离子水和盐酸，钛源采用钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、四氯化钛中的一种或几种，醇类溶剂采用无水乙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇中的一种或几种。

步骤(3)在钛金属板载体上制备所述钛基前驱体薄膜时，制膜方式包括浸渍-提拉、旋涂、喷涂、刷涂中的一种，钛基前驱体薄膜的厚度在10nm-1mm之间。