一种钛化物复合纳米薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电池电极新材料技术领域，特别涉及一种钛化物复合纳米薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术在基材上制备钛化物复合纳米薄膜，应用于电池电极材料，可以有效提高电池电极的导电性能、机械性能、耐腐蚀性能等，延长电池电极的使用寿命及效率。该方法将二硼化钛及碳化钛纳米粉体按一定比例均匀混合至相关液体基质中形成均一稳定的纳米流体，再通过特定参数的静电纺丝技术将溶液制备于电池电极基体材料表层，形成一层质地均一轻薄的三维纳米薄膜，并将制备好的新型电极应用于电池系统中。本发明专利技术制备的钛化物复合薄膜具有优异的导电性，碳化钛和二硼化钛本身又具有较好的导热性，有利于电池多次循环使用，延长其使用寿命。延长其使用寿命。延长其使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种钛化物复合纳米薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池电极新材料
，特别涉及一种钛化物复合纳米薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二硼化钛(TiB2)、碳化钛(TiC)陶瓷粉体比碳化钨(WC)陶瓷粉体更适合在高温高侵蚀的工作条件下使用。二硼化钛粉末呈灰色(或灰黑色)，在目前已知的世界十大熔点最高材料排名第六位，碳化钛排第八位。在空气中抗氧化温度可达1100℃，作为一种新型的陶瓷材料，具有十分优异的理化性能，除熔点极高之外硬度也大，化学稳定性、导电导热性、高温下的机械力学性能都极为优异。
[0003]二硼化钛及其复合材料可以同其它的金属、陶瓷基聚合物复合形成一系列具有商业应用价值的新型材料。二硼化钛的应用范围较为广泛，(1)二硼化钛可作为晶粒细化及颗粒强化添加剂，掺入铝基、铜基钛铝合金以及铁基材料中，能极大程度上改善材质的机械力学及理化特性。(2)二硼化钛可以与碳化硅、氮化铝、氮化硼、碳化钛等非氧化物陶瓷复合，也可以与氧化铝等氧化物陶瓷材料复合可以制作装甲防护材料的优质材料之一。(3)二硼化钛颗粒掺入高性能树脂可制成PTC发热陶瓷和头型PTC材料，就具有安全省电、可靠、易加工成型等特点(4)二硼化钛优异的导电性能和极佳的的抗熔化金属的侵蚀能力，可以被用来制作蒸发器皿、熔化金属坩埚、铝电解槽阴极、火花塞以及其它电极和触头开头材料。(5)由于二硼化钛与金属铝液良好的润湿性，用二硼化钛作为铝电解槽阴极涂层材料，可以使铝电解槽的耗电量降低，电解槽寿命延长。(6)二硼化钛可被用来制作陶瓷切削刀具及模具。可制造精加工刀具、拉丝模、挤压模、喷砂嘴、密封元件等。碳化钛(TiC)是一种自身存在金属光泽的铁灰色晶体，具有类似金属的若干特性：如高的熔点、沸点和硬度，且硬度仅次于金刚石，导热性和导电性也很好，在极低的温度时还会表现出超导性。同时具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定特性，以及金属的韧性，因此决定了其在高温结构陶瓷材料、合金复合材料、功能材料、耐火材料及核控材料等众多领域的广泛应用。碳化钛应用范围如下，(1)切削金属刀具：新型碳化钛基金属陶瓷是近年来发展较快的一种刀具材料，综合性能高，在相同的切削条件下其耐磨性远远高于普通硬质合金。在高速切削时也比YT14、YT15硬质合金的耐磨性高5倍～8倍。目前碳化钛基金属陶瓷已制成各种刀片，用于孔的精镗及“以车代磨”等精加工领域。(2)航空航天工业：采用高温烧结骨架熔渗工艺制备的TiC/Cu金属陶瓷有较好抗烧蚀性能，具有作为火箭喉衬、护板用材料的潜力。(3)其它：用SHS法离心铸造合成的金属基内衬陶瓷可作为抗腐蚀管道，用于石油或化工产物、半产物的运输，也可作为抗磨管道用于矿山，选矿厂作矿浆运输管道，还可用于多泥砂水的输水管道
……
Johnson等人发现Ti－37vol.％TiC复合材料的室温屈服强度与基体相比提高了11％，抗拉强度为573MPa，延伸率为1.9％，且认为该复合材料在任意温度下的断裂都是由于增强相的断裂导致。Castro等人用熔铸法制备出不同的体积分数含量的TiC增强钛基复合材料，发现在增强相的体积分数为2.1％时，细小的TiC颗粒的存在消除了枝晶现象，细化
了基体组织从而提高材料的室温塑性，而其余增强相含量的复合材料的延伸率都比钛基体要低且在450℃时材料的高温力学性能比纯钛优越。
[0004]经过几十年的发展革新，我国的锂电池产业从数量上、质量上都取得了极大的突破，而且在政策、补贴的推动下，锂电池产业诞生出许多具有全球竞争力的企业，同时我国钒电池技术总体上处于国际领先地位，基本上形成了钒电池储能产业链及相应的技术支撑体系，当前正处于向产业化跃升的关键发展阶段。电极的研发是电池规模化应用最为关键的技术之一，电池专利技术组成中，更新速度最快的领域也是电极的不断升级优化。
[0005]综上所述，电池电极材料亟需升级以提高电池电极的性能。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提供一种钛化物复合纳米薄膜及其制备方法和应用。
[0007]一种钛化物复合纳米薄膜的制备方法，所述方法包括：
[0008]将一定量的统一粒径范围的碳化钛纳米颗粒和统一粒径范围的二硼化钛纳米颗粒按照1：1－1：5分散于基液中，配置成为浓度为0.025－2mol/L混合纳米颗粒溶液；
[0009]将所述混合纳米颗粒溶液通过磁力搅拌和超声破碎机超声震荡，将其制备成为均匀稳定的复合钛基纳米流体；
[0010]将复合钛基纳米流体加到装有塑料毛细管针头的塑料注射器中，将基材固定于静电纺丝台上，针头距离纺丝台一定距离，纺丝结束后，将纺好的样品放入烘箱中烘干，即制成在电极基材上的钛化物复合纳米薄膜。
[0011]进一步的，所述基液配置为无水乙醇溶液和环氧树脂的混合液，摩尔比例分别为5：1－20：1。
[0012]进一步的，所述基液配置，具体包括：将环氧树脂按照一定比例缓缓的加入无水乙醇溶液中，磁力搅拌至混合均匀，形成透明均一的无色溶液。
[0013]进一步的，所述统一粒径范围的碳化钛纳米颗粒为小于等于150nm。
[0014]进一步的，所述碳化钛纳米颗粒包括球形或纤维状碳化钛纳米颗粒。
[0015]进一步的，所述统一粒径范围的二硼化钛纳米颗粒为小于等于500nm。
[0016]进一步的，所述将所述混合纳米颗粒溶液通过磁力搅拌和超声破碎机超声震荡，将其制备成为均匀稳定的复合钛基纳米流体，具体包括：
[0017]将所述混合纳米颗粒溶液磁力搅拌30－120min，并用超声破碎机超声震荡30－150min，将其制备成为均匀稳定的复合钛基纳米流体。
[0018]进一步的，所述将复合钛基纳米流体加到装有塑料毛细管针头的塑料注射器中，将基材固定于静电纺丝台上，针头距离纺丝台一定距离，纺丝结束后，将纺好的样品放入烘箱中烘干，具体包括：
[0019]将复合钛基纳米流体取1－10ml加到塑料注射器中，注射器前段装有塑料毛细管针头，针头孔径为0.2－1mm，将基材固定于静电纺丝台上，，针头距离纺丝台10－25cm，其间静电电压控制在10－15kv，纺丝结束后，将纺好的样品放入烘箱中，80℃－100℃烘干1－6h，即可制成在电极基材上的钛化物复合纳米薄膜。
[0020]进一步的，所述基材为碳毡、铜片、铂片或石墨片中的一种。
[0021]一种钛化物复合纳米薄膜，所述钛化物复合纳米薄膜采用上述的一种钛化物复合
纳米薄膜的制备方法制备。
[0022]一种钛化物复合纳米薄膜的应用，
[0023]将在电极基材上的钛化物复合纳米薄膜根据电池电极需要大小进行裁剪，组装得到电池；
[0024]所述钛化物复合纳米薄膜采用上述的一种钛化物复合纳米薄膜的制备方法制备。
[0025]本专利技术至少具有以下有益效果：
[0026]本专利技术在基材上制备钛化物复合纳米薄膜，应用于电池电极材料，可以有效提高电池电极的导电性能、机械性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛化物复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将一定量的统一粒径范围的碳化钛纳米颗粒和统一粒径范围的二硼化钛纳米颗粒按照1：1－1：5分散于基液中，配置成为浓度为0.025－2mol/L混合纳米颗粒溶液；将所述混合纳米颗粒溶液通过磁力搅拌和超声破碎机超声震荡，将其制备成为均匀稳定的复合钛基纳米流体；将复合钛基纳米流体加到装有塑料毛细管针头的塑料注射器中，将基材固定于静电纺丝台上，针头距离纺丝台一定距离，纺丝结束后，将纺好的样品放入烘箱中烘干，即制成在电极基材上的钛化物复合纳米薄膜。2.根据权利要求1所述的一种钛化物复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述基液配置为无水乙醇溶液和环氧树脂的混合液，摩尔比例分别为5：1－20：1。3.根据权利要求2所述的一种钛化物复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述基液配置，具体包括：将环氧树脂按照一定比例缓缓的加入无水乙醇溶液中，磁力搅拌至混合均匀，形成透明均一的无色溶液。4.根据权利要求1所述的一种钛化物复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述统一粒径范围的碳化钛纳米颗粒为小于等于150nm。5.根据权利要求1所述的一种钛化物复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述碳化钛纳米颗粒包括球形或纤维状碳化钛纳米颗粒。6.根据权利要求1所述的一种钛化物复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述统一粒径范围的二硼化钛纳米颗粒为小于等于500nm。7.根据权利要求1所述的一种钛化物复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文靓，李德福，刘波，杨亚东，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：