本发明专利技术公开了一种钠硫电池TiN正极集流体及其制备方法，该集流体以金属钛网为基底，将钛网依次置于稀HF溶液、无水乙醇、去离子水中超声清洗，烘干后在管式气氛炉中，在流量为500‑2500mL/min的NH3气氛中于700‑1200℃氮化处理1‑10小时，在其上沉积一层厚度为20‑100μm的TiN膜层，制得的集流体具有较大的比表面积，可以显著提高活性材料与集流体的接触面积，TiN具有较好的电导性及抗腐蚀性，可加强集流体的导流能力以及集流体的稳定性，使得该集流体可在钠硫电池中长期使用。
A TiN positive current collector for sodium sulfur battery and its preparation method
The invention discloses a TiN cathode collector for sodium sulfur battery and a preparation method thereof. The collector takes a metal titanium mesh as the substrate, and the titanium mesh is ultrasonic cleaned in dilute HF solution, anhydrous ethanol and deionized water in turn. After drying, the titanium mesh is nitrided in a tubular atmosphere furnace with a flow rate of 500_2500 mL/min in NH3 atmosphere at 700_1200 C for 1 200_N treatment. A TiN film with a thickness of 20 to 100 microns was deposited on the TiN film after 10 hours. The prepared collector has a large specific surface area, which can significantly improve the contact area between the active material and the collector. TiN has good conductivity and corrosion resistance, which can enhance the conductivity of the collector and the stability of the collector. The fluid can be used in sodium sulfur batteries for a long time.
【技术实现步骤摘要】
一种钠硫电池TiN正极集流体及其制备方法
本专利技术涉及一种钠硫电池正极集流体及其制备方法，尤其涉及一种钠硫电池TiN集流体及其制备方法，属于钠硫电池集流体领域。
技术介绍
钠硫电池具有能量密度高、功率密度高、自放电率低等一系列特点，属于目前最具应用前景的储能电池之一。集流体是钠硫电池的核心部件，在电池中起到导电及支撑电池的作用，其结构设计对活性物质的利用率以及电池的使用寿命至关重要。要提高电池的比能量，有效手段是减小电池的重量，增大活性材料与集流体的接触面积，加强集流体的导流能力，改善电流在极板内的分布；同时电池运行过程中正极熔融态的硫及多硫化钠具有强的腐蚀性能，若集流体耐蚀性能较差，电池性能会很快衰减，因此，电池集流体需具有良好的导电性、机械性能以及强的耐蚀性能。现有的钠硫电池正极集流体主要有两种材料，一种是具有较好耐蚀性的不锈钢；另一种是采用表面具有耐蚀性涂层的铝合金材料。如采用不锈钢作为外壳材料，不锈钢的电阻率较高，大电流通过钠硫电池时，钠硫电池自上而下的电流密度分布极不均匀，不仅造成钠硫电池的内阻增加，而且影响钠硫电池的循环寿命。已具有钠硫电池规模化应用的日本NGK公司采用铝合金作为电池集流体，铝合金表面进行涂层处理，但该表面涂层处理价格昂贵，不利于规模化生产。为了提高集流体的性能，Koyama等在镍基合金上沉积Cr的碳化物层，提高了耐蚀性能，但高Cr合金在电池中的少量产物对电池容量和电阻的影响很大，会引起电池性能退化。目前也有用金属铝化涂层作为钠硫电池集流体的专利，在熔融多硫化钠中长时间使用虽然铝化层表面没有被腐蚀的痕迹，但其表面生成了Al2S3膜，不可避免的引起电池电阻的增加。金属陶瓷材料如TiC、TiN等材料具有优异的导电性能，而且在酸性环境中具有优异的化学稳定性，长期以来作为抗腐蚀、耐磨材料受到人们的关注，但很少有人将其应用到钠硫电池集流体中。目前制备的TiN涂层的方法有很多，多采用物理气相沉积，多弧离子镀等，但这些方法制备的TiN涂层具有较高的缺陷，这些缺陷不利于耐蚀性的提高。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种具有良好电化学性能的钠硫电池TiN正极集流体及其制备方法。本专利技术的一个目的是提供一种钠硫电池TiN正极集流体，以金属钛网为基底，其上沉积一层TiN层，所述TiN层厚度为20-100μm，采用氨气直接氮化钛网制备，不含有粘结剂。本专利技术一个较佳实施例中，TiN层厚度为50-80μm，为面心立方晶体，晶粒尺寸为80-200nm。本专利技术的另一个目的是提供一种钠硫电池TiN正极集流体制备方法，包括如下步骤：1)将钛网依次置于稀HF溶液、无水乙醇、去离子水中超声清洗10-20min，干燥；充分清除表面污渍、氧化物，HF稀溶液处理可以对钛网表面进行活化，有利于钛网在氨气气氛下发生氮化反应；2)将清洁干净的钛网放在管式气氛炉中，在流量为500-2500mL/min的NH3气氛中于700-1200℃氮化处理1-10小时，自然冷却至室温，在钛网表面沉积一层TiN层。步骤1)中HF溶液浓度优选为0.5-5mol/L；步骤2)中以5℃/min升温至700-1200℃，保温1-10小时，优选反应温度1000℃，保温5小时。本专利技术解决了
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术具备以下有益效果：(1)本专利技术中的钠硫电池正极集流体采用钛网作为基底，在其表面直接沉积一层TiN膜，制得的集流体具有较大的比表面积，TiN具有较好的电导性及抗腐蚀性，该集流体可以显著提高活性材料与集流体的接触面积，加强集流体的导流能力以及集流体的稳定性，可以长期使用。(2)本专利技术中采用高温氨气处理法在钛网表面直接沉积一层TiN，其与钛网附着力强，不适用粘结剂，提高了电荷传输性能，进一步提高了钠硫电池的比能量。(3)本专利技术制备方法简单，便于操作，重复性强，可批量制备具有较好电学性能以及稳定性的钠硫电池正极集流体。附图说明图1为实施例1制备的TiN薄膜的扫描电子显微镜照片。具体实施方式以下结合实施例进一步阐述本专利技术，但本专利技术不仅仅局限于下述实施例。实施例1将钛网依次置于浓度为0.5M的HF溶液、无水乙醇、去离子水中超声清洗10min，在干燥箱中50-80℃干燥一段时间，充分清除钛网表面污渍、氧化物；将清洁干净的钛网放在管式气氛炉中，在流量为500mL/min的NH3气氛中以5℃/min升温至700℃，保温1小时，自然冷却至室温，在钛网表面沉积一层厚度为20μm的TiN层，经XRD测试TiN为面心立方晶体。图1为得到TiN膜的扫描电子显微镜照片，可以看到产物为纳米颗粒，平均晶粒尺寸为80-200nm。实施例2将钛网依次置于浓度为1M的HF溶液、无水乙醇、去离子水中超声清洗20min，在干燥箱中60℃干燥一段时间，充分清除钛网表面污渍、氧化物；将清洁干净的钛网放在管式气氛炉中，在流量为1000mL/min的NH3气氛中以5℃/min升温至1000℃，保温5小时，自然冷却至室温，在钛网表面沉积一层厚度为50μm的TiN层，经XRD测试TiN为面心立方晶体。实施例3将钛网依次置于浓度为2M的HF溶液、无水乙醇、去离子水中超声清洗10min，在干燥箱中80℃干燥一段时间，充分清除钛网表面污渍、氧化物；将清洁干净的钛网放在管式气氛炉中，在流量为1200mL/min的NH3气氛中以5℃/min升温至1200℃，保温10小时，自然冷却至室温，在钛网表面沉积一层厚度为80μm的TiN层。实施例4将钛网依次置于浓度为5M的HF溶液、无水乙醇、去离子水中超声清洗10min，在干燥箱中70℃干燥一段时间，充分清除钛网表面污渍、氧化物；将清洁干净的钛网放在管式气氛炉中，在流量为1500mL/min的NH3气氛中以5℃/min升温至1000℃，保温8小时，自然冷却至室温，在钛网表面沉积一层厚度为70μm的TiN层。实施例5将钛网依次置于浓度为3M的HF溶液、无水乙醇、去离子水中超声清洗15min，在干燥箱中50℃干燥一段时间，充分清除钛网表面污渍、氧化物；将清洁干净的钛网放在管式气氛炉中，在流量为2000mL/min的NH3气氛中以5℃/min升温至1200℃，保温10小时，自然冷却至室温，在钛网表面沉积一层厚度为80μm的TiN层。实施例6将钛网依次置于浓度为4M的HF溶液、无水乙醇、去离子水中超声清洗15min，在干燥箱中60℃干燥一段时间，充分清除钛网表面污渍、氧化物；将清洁干净的钛网放在管式气氛炉中，在流量为2500mL/min的NH3气氛中以5℃/min升温至1200℃，保温10小时，自然冷却至室温，在钛网表面沉积一层厚度为70μm的TiN层。以上依据本专利技术的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项专利技术技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项专利技术的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钠硫电池TiN正极集流体，以金属钛网为基底，其上沉积一层TiN层，其特征在于：所述TiN层厚度为20‑100μm，采用氨气直接氮化钛网制备，不含有粘结剂。
【技术特征摘要】
1.一种钠硫电池TiN正极集流体，以金属钛网为基底，其上沉积一层TiN层，其特征在于：所述TiN层厚度为20-100μm，采用氨气直接氮化钛网制备，不含有粘结剂。2.根据权利要求1所述的钠硫电池TiN正极集流体，其特征在于：TiN层厚度为50-80μm。3.根据权利要求1所述的钠硫电池TiN正极集流体，其特征在于：TiN晶粒尺寸为80-200nm。4.一种权利要求1所述的钠硫电池TiN正极集流体制备方法，包括如下步骤：1)将钛网依次置于稀HF溶液、无水乙...
【专利技术属性】
技术研发人员：张强，
申请(专利权)人：佛山市欧特克朗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
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