一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO制造技术

一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO

Preparation of TiO by plasma electrolytic oxidation

【技术实现步骤摘要】
一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法
本专利技术属于新能源及材料合成
，具体涉及一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法。
技术介绍
TiO2作为锂离子电池负极材料已经有很长时间的研究历史，该材料因来源广泛，使用无污染，体积膨胀率极低等特点，使人们对其寄予厚望，是一种被认为可以代替石墨负极的材料之一。然而，一方面，商业化使用的TiO2充放电容量很低，不能满足人们的正常要求；另一方面，传统的TiO2自身导电率极低，若导电剂不能很好的包覆在上面，就会造成锂离子传输中受到限制，进而影响其循环及倍率寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决TiO2负极材料充放电容量低，导电率低的问题，提供一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法。本专利技术采用等离子体电解氧化法制备锂离子电池负极材料TiO2粉末，选用3mm*40mm*50mmTC4钛合金板材，经过表面处理清洁板材表面，使用等离子体电解氧化专用电源对其进行等离子体电解氧化实验，得到表面为微米级别的含有大量微孔的TiO2涂层，将该涂层手动刮下，即可得到最终负极产物。与其它方法相比，该方法具有材料合成快速(几分钟内即可得到TiO2负极材料)、使用材料无污染、操作简单的特点。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，所述方法为：S1：将钛合金板裁剪到指定尺寸，采用300W超声清洗机超声40～60min后放于干燥箱中干燥；S2：配制等离子体电解氧化电解液，倒入等离子体电解氧化电解槽中，并进行搅拌加速电解液溶解，将S1得到的钛合金板固定于等离子体电解氧化电解槽的固定架上，以钛合金板为正极，不锈钢板为负极，分别用电源夹夹住正负极两侧，打开等离子体电解氧化循环水装置；S3：开通等离子体电解氧化电源，设置等离子体电解氧化参数，打开等离子体电解氧化反应开关，按照设定的参数进行反应，得到TiO2涂层；S4：将带有TiO2涂层的钛合金板取出，用酒精清洗后，于干燥箱中干燥后刮下涂层材料，再放于研钵中研磨10min即得到TiO2粉末负极材料。本专利技术相对于现有技术的有益效果为：1、等离子体电解氧化过程中电压可达到数百伏，产生的弧光处温度极高且放出大量热，得到的产物结构稳定，结晶性好，免去了后续热处理的特点。2、通过设定实验中不同的量及相关参数，可以得到多种不同物相的TiO2负极材料。3、本专利技术制备的TiO2材料有较高的循环稳定性，在1A/g的高电流密度下循环500圈后可逆容量可保持在150mAh/g，且具有良好的倍率性能。附图说明图1为本专利技术中等离子体电解氧化后的钛合金表面扫描形貌图；图2为本专利技术实施例1得到的TiO2制作半电池在1A/g电流密度的循环寿命图；图3为本专利技术实施例1得到的TiO2制作半电池的倍率图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。本专利技术制备的TiO2负极材料，与现有的TiO2制作方法相比引入了等离子体电解氧化技术，该方法可以在几分钟内制备出TiO2，得到的产物结构稳定，结晶性好，免去了后续热处理的特点。该方法组装成的半电池比容量远高于商业化购买的TiO2组装成的半电池，具有一定的市场前景。本专利技术以TC4钛合金板为原材料，在TC4钛合金板上进行等离子体电解氧化实验，以等离子体电解氧化的方式在TC4钛合金板原位生成TiO2负极材料。用本方法制作的TiO2负极材料形态可通过电解液及电解氧化参数进行控制，表面自发形成大量微孔，形成的涂层状态也可控，有利于制作锂离子电池。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，所述方法为：S1：将钛合金板裁剪到指定尺寸，采用300W超声清洗机超声40～60min后放于干燥箱中干燥；S2：配制等离子体电解氧化电解液，倒入等离子体电解氧化电解槽中，并进行搅拌加速电解液溶解，将S1得到的钛合金板固定于等离子体电解氧化电解槽的固定架上，以钛合金板为正极，不锈钢板为负极，分别用电源夹夹住正负极两侧，打开等离子体电解氧化循环水装置，实验准备完成；S3：开通等离子体电解氧化电源，设置等离子体电解氧化参数，打开等离子体电解氧化反应开关，按照设定的参数进行反应，得到TiO2涂层，如图1所示；本专利技术中采用等离子体电解氧化的方法制备TiO2负极材料，可以通过改变不同电解液组成或电解氧化参数得到不同形态的TiO2；采用等离子体电解氧化的方法在钛合金板材上制备TiO2涂层，使涂层上自发生成大量微米级别的微孔，有利于提高导电剂进行离子传输；S4：将带有TiO2涂层的钛合金板取出，用酒精清洗后，于干燥箱中干燥后用美工刀手工刮下涂层材料，再放于研钵中研磨10min即得到TiO2粉末负极材料。该方法反应后得到的涂层可以手动刮下，易于形成TiO2粉体材料。具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，S1中，所述超声清洗的溶剂为纯度>99％的无水乙醇。具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，S1中，所述干燥的温度为80～100℃，时间为1～2h。具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，S2中，所述等离子体电解氧化电解液的主盐为Na2SiO3、Na3PO4或NaAlO2中的单一组分或组合组分，促进剂为KOH或NaOH，添加剂为NaF或EDTA。电解液的选取灵活多样，不同电解液可以得到不同形貌及性能的TiO2负极材料。配制电解液所需药品均为分析纯且无杂质。具体实施方式五：具体实施方式四所述的一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，所述主盐为5～25g/L，所述促进剂为0.5～2.5g/L，所述添加剂为0.5～2g/L。具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，S3中，所述等离子体电解氧化参数包括电流、频率、占空比、时间。所设置的等离子体电解氧化参数灵活多样，可以对电流密度、频率、占空比、时间四种参数进行单独变量设计或交叉变量设计，不同设计方案可以得到不同形貌及性能的TiO2负极材料。具体实施方式七：具体实施方式六所述的一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，所述电流参数为0.25A～1.5A；所述频率参数为200Hz～2000Hz；所述占空比参数为5％～30％；所述时间参数为2min～60min。具体实施方式八：具体实施方式一所述的一种利用等离子体电解氧化技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO

【技术特征摘要】
1.一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，其特征在于：所述方法为：
S1：将钛合金板裁剪到指定尺寸，采用300W超声清洗机超声40～60min后放于干燥箱中干燥；
S2：配制等离子体电解氧化电解液，倒入等离子体电解氧化电解槽中，并进行搅拌加速电解液溶解，将S1得到的钛合金板固定于等离子体电解氧化电解槽的固定架上，以钛合金板为正极，不锈钢板为负极，分别用电源夹夹住正负极两侧，打开等离子体电解氧化循环水装置；
S3：开通等离子体电解氧化电源，设置等离子体电解氧化参数，打开等离子体电解氧化反应开关，按照设定的参数进行反应，得到TiO2涂层；
S4：将带有TiO2涂层的钛合金板取出，用酒精清洗后，于干燥箱中干燥后刮下涂层材料，再放于研钵中研磨10min即得到TiO2粉末负极材料。


2.根据权利要求1所述的一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，其特征在于：S1中，所述超声清洗的溶剂为纯度>99％的无水乙醇。


3.根据权利要求1所述的一种利用等离子体电解氧化技术制备TiO2粉末负极的方法，其特征在于：S1中，所述干燥的温度为80～100℃，时间为1～2h。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王振廷，赵春香，朱志众，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23