一种高机械强度的亚氧化钛陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高机械强度的亚氧化钛陶瓷，其原料包括：锐钛矿型氧化钛粉体、钛酸丁酯、硅烷偶联剂、聚乙烯醇微球、N,N'

【技术实现步骤摘要】
一种高机械强度的亚氧化钛陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及亚氧化钛
，尤其涉及一种高机械强度的亚氧化钛陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]化学电源具有移动性强、对环境几乎无污染、能源效率相对较高等诸多优点。因此，在科技快速发展的今天，化学电源的发展受到了人们的高度重视。虽然人们对锌镍电池体系的研究已经比较深入，但是依旧存在一些问题，从而制约了锌镍电池的进一步发展。
[0003]目前锌镍电池在电池的充放电循环过程中，随着电流密度分布不均匀造成锌负极发生形变、腐烛等问题，严重影响锌镍电池的循环寿命。锌镍电池亟待一种耐化学腐蚀、导电性好、电化学稳定的材料来有效提高其性能。
[0004]亚氧化钛材料电化学性能优异，电导率可达1500S/cm，远高于石墨材料，化学稳定性强，耐强酸、强碱腐蚀，最早被应用于铅蓄电池上，可大大提高正极析氧过电位。亚氧化钛导电陶瓷具有十分独特的物理、化学以及电化学性能，将其应用在锌镍电池，以解决使用传统锌镍电池中存在的问题，具有良好的应用前景。
[0005]目前要求亚氧化钛导电陶瓷具有一定的机械强度、优良的导电性和抗腐蚀性，现有亚氧化钛导电陶瓷材料难以平衡电化学性能和机械强度，现需要制备一种高机械强度、具备优良导电性和抗腐蚀性的亚氧化钛导电陶瓷材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高机械强度的亚氧化钛陶瓷及其制备方法。
[0007]一种高机械强度的亚氧化钛陶瓷，其原料包括：锐钛矿型氧化钛粉体、钛酸丁酯、硅烷偶联剂、聚乙烯醇微球、N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯三胺、助剂；锐钛矿型氧化钛粉体、钛酸丁酯、硅烷偶联剂、聚乙烯醇微球、N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯三胺、助剂的质量比为10
‑
30：20
‑
40：1
‑
2：5
‑
15：2
‑
4：1
‑
3：1
‑
2。
[0008]优选地，锐钛矿型氧化钛粉体为亚微米级粉体。
[0009]优选地，硅烷偶联剂的型号为KH550。
[0010]优选地，聚乙烯醇微球的粒径为1
‑
100μm。
[0011]优选地，助剂为羧甲基纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺中至少一种，优选为羧甲基纤维素。
[0012]上述高机械强度的亚氧化钛陶瓷制备方法，包括如下步骤：
[0013]S1、将聚乙烯醇微球加入乙醇水溶液中分散均匀，氮气保护下向其中加入钛酸丁酯，搅拌10
‑
30min，70
‑
80℃保温20
‑
40min，过滤，洗涤2
‑
3次，干燥，氮气保护下400
‑
500℃煅烧10
‑
20h，冷却至室温，粉碎得到活化二氧化钛；
[0014]S2、将活化二氧化钛、硅烷偶联剂加入乙醇水溶液中，70
‑
80℃回流搅拌2
‑
4h，过
滤，洗涤，干燥，然后加入甲醇水溶液中超声处理，向其中加入N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺，60
‑
70℃回流搅拌10
‑
15h，再加入二乙烯三胺，继续回流搅拌10
‑
20h，洗涤，真空干燥得到接枝二氧化钛；
[0015]S3、将接枝二氧化钛、锐钛矿型氧化钛粉体、助剂混合均匀，球磨5
‑
10h，压制成型，干燥，氮气保护下升温至1000
‑
1200℃，煅烧5
‑
10h，煅烧过程中保持真空度为8
‑
10kPa，自然冷却至室温，停止氮气保护得到高机械强度的亚氧化钛陶瓷。
[0016]优选地，S1中，乙醇水溶液的质量分数为40
‑
60％。
[0017]优选地，S2中，乙醇水溶液的质量分数为40
‑
60％，甲醇水溶液的质量分数为40
‑
60％。
[0018]优选地，S2中，超声处理频率为5
‑
12kHz，超声处理时间为10
‑
20min。
[0019]优选地，S3中，压制压强为5
‑
15MPa。
[0020]优选地，S3中，干燥温度为90
‑
110℃。
[0021]优选地，S3中，氮气保护下从室温以5
‑
15℃/min速度升温至1000
‑
1200℃。
[0022]本专利技术的技术效果如下所示：
[0023]本专利技术向聚乙烯醇微球的乙醇水分散液中加入钛酸丁酯，由于聚乙烯醇微球表面含有大量羟基，因此纳米二氧化钛通过静电作用吸附在聚乙烯醇微球表面并聚沉，经过高温煅烧后，聚乙烯醇微球分解炭化并成为纳米二氧化钛碳骨架，不仅可有效避免纳米二氧化钛出现团聚现象，同时更易于暴露更多的吸附位点。
[0024]活化二氧化钛表面存在着许多羟基，而硅烷偶联剂KH550中三乙氧基与羟基发生反应使活化二氧化钛表面包覆有机基团，不仅增强其与N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯三胺的反应能力，而且其表面的含氧官能团也可增强结合强度；活化二氧化钛与N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯三胺反应，在所得活化二氧化钛表面进行超支化接枝，再与锐钛矿型氧化钛粉体复配球磨，可充分分散至高度支化的结构中。
[0025]而助剂不仅可将接枝二氧化钛、锐钛矿型氧化钛粉体充分粘结，而且当助剂优选为羧甲基纤维素时，其结构表面含有羧基，接枝二氧化钛的超支化结构端部含有活性氨基，在高温高压过程中，接枝二氧化钛与羧甲基纤维素交联促使体系构成连续的网络结构，进而形成具有一定强度的基体，而锐钛矿型氧化钛粉体在超支化聚合物中相互接触、交织形成导电网络，稳定性更高；经过高温煅烧后，接枝二氧化钛与助剂配合碳化形成以亚氧化钛为中心外部分散三维无机大孔碳结构，而锐钛矿型氧化钛粉体的煅烧产物亚氧化钛充分结合在大孔结构中。
[0026]本专利技术合成具有大孔且具有坚硬结构的Magn
é
li相亚氧化钛粉体，其导电性好、稳定性强、生物相容性好，其高度分散的孔由相互交织的碳骨架构成，骨架厚度可达200nm，而且电极内含有大量的孔洞，可为电化学反应提供更多的活性位点，进而产生大量的羟基自由基。
[0027]本专利技术所得亚氧化钛导电陶瓷电极具有良好的化学反应活性，其中氧的扩散路径短，因而反应时间短，有利于提高生产效率，大幅缩短了亚氧化钛导电陶瓷电极的制作周期。
附图说明
[0028]图1为实施例5所得亚氧化钛陶瓷的氮气等温吸脱附曲线。
[0029]图2为采用实施例5和对比例1
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高机械强度的亚氧化钛陶瓷，其特征在于，其原料包括：锐钛矿型氧化钛粉体、钛酸丁酯、硅烷偶联剂、聚乙烯醇微球、N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯三胺、助剂；锐钛矿型氧化钛粉体、钛酸丁酯、硅烷偶联剂、聚乙烯醇微球、N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯三胺、助剂的质量比为10
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30：20
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40：1
‑
2：5
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15：2
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4：1
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3：1
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2。2.根据权利要求1所述高机械强度的亚氧化钛陶瓷，其特征在于，锐钛矿型氧化钛粉体为亚微米级粉体。3.根据权利要求1所述高机械强度的亚氧化钛陶瓷，其特征在于，硅烷偶联剂的型号为KH550。4.根据权利要求1所述高机械强度的亚氧化钛陶瓷，其特征在于，聚乙烯醇微球的粒径为1
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100μm。5.根据权利要求1所述高机械强度的亚氧化钛陶瓷，其特征在于，助剂为羧甲基纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺中至少一种。6.一种如权利要求1
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5任一项所述高机械强度的亚氧化钛陶瓷制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将聚乙烯醇微球加入乙醇水溶液中分散均匀，氮气保护下向其中加入钛酸丁酯，搅拌10
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30min，70
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80℃保温20
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40min，过滤，洗涤2
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3次，干燥，氮气保护下400
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500℃煅烧10
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【专利技术属性】
技术研发人员：龙志，王攀峰，贾亮，牛彭彭，李超超，程国礼，赵永超，
申请(专利权)人：河南龙兴钛业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：