一種銅基亞氧化鈦電極板的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種銅基亞氧化鈦電極板的制備方法，電極材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]鈦電極尺寸穩定、耐腐蝕性好、質量輕、強度高，被迅速而成功地用于氯堿工業，但是鈦電極的內阻大，而且鈦電極主要以銥、釕等稀貴金屬氧化物作為活性涂層原料，不僅成本昂貴，而且在硫酸電解過程中涂層易脫落失效。鉛電極作為工業中廣泛用使用的陽極材料，在硫酸體系中操作穩定、表面氧化物即使破損也能自行恢復，但鉛合金電極內阻大、易溶解、重量大、強度低、已發生彎曲變形等致命缺點。為了彌補鈦電極和鉛電極的不足，采用密度小、成本低、電導率高、陽極電位低、機械加工性能好的銅電極材料。同時，為了保證銅板表面的穩定性，需要在其表面制備特殊的導電保護層，這一保護層需要具有高導電性和耐酸腐蝕性。
[0003]Ti407屬于Magneli相氧化鈦物質，在室溫下具有良好的導電性能，同時亞氧化鈦(Ti407)本身就是一種極好的活性物質；Ti407具有優良的導電性，高的耐酸堿腐蝕性和耐蝕性，低的析氧電位、壽命長、不易溶解，作為電極材料具有良好的催化活性和與催化劑的相容性。Ti407在高電流密度、高酸條件下不鈍化不腐蝕而優于石墨和鈦金屬，已作為電極用于電積鋅，金屬回收，電解氧化錳，金屬箔生產以及印刷線路板蝕刻液的回收處理再利用。
[0004]本發明的目的在于克服鈦、鉛電極板內阻較大的不足，而提供一種高導電、耐腐蝕的銅基亞氧化鈦電極板，該種銅基亞氧化鈦電極板可用作電積鋅，金屬回收，電解氧化錳等電化學過程中的極板。
【發明內容】
[0005]本法的目的在于提供一種銅基亞氧化鈦電極板，所述銅基亞氧化鈦電極板由銅金屬板載體和處于銅金屬板表面的亞氧化鈦薄膜，亞氧化鈦薄膜的主要成分為Ti407、Ti02，Ti407含量不低于亞氧化鈦薄膜總質量的50%。
[0006]優選的，本發明所述亞氧化鈦的薄膜厚度為70~150 μπι。
[0007]本法的另一目的在于提供所述銅基亞氧化鈦電極板的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)對銅金屬板載體進行清洗、噴砂處理；
(2)在銅基載體表面采用等離子噴涂法制備亞氧化鈦薄膜，將Ti407粉末熔化后噴涂到銅金屬板載體表面上得到高導電性的亞氧化鈦薄膜。
[0008]優選的，本發明步驟(1)所述噴砂處理中砂(石英砂)的粒度為100~500 μπι。
[0009]優選的，本發明步驟(2)中等離子噴涂法中:保護氣為氬氣和氮氣，氮氣流速為1800~2000L/h，氬氣流速為1800~2000/h，噴涂功率為32~36kW，送粉電位為12~16V，噴涂距離為10~14cm，噴射角為90°。
[0010]優選的，本發明步驟(3)中亞氧化鈦粉末的粒度為微米級，粒徑在1~100 μπι之間。
[0011]本發明所述清洗為常規清洗，依次用堿、硝酸、清水進行清洗。
[0012]本發明所述銅基亞氧化鈦電極可用作高能鉛酸蓄電池正極板柵、雙極性電池極板和濕法冶金等領域電極材料。
[0013]本發明的有益效果:
和現有技術相比，本發明采用等離子噴涂將亞氧化鈦粉末噴涂到銅金屬板載體表面，由于銅的內阻小，可以降低再生產過程中的電損，達到節能的目的；密度比鉛合金的小，減輕搬運的負擔；銅的價格比鈦合金、鉛合金的低，可以大大降低原材料的成本。本發明采用的工藝較為簡單，直接在銅金屬板載體表面進行噴涂，即可獲得與銅金屬板結合良好、高導電、機械強度高和耐蝕性好的亞氧化鈦薄膜，該銅基亞氧化鈦板可用于電積鋅，金屬回收，電解氧化錳，金屬箔生產以及印刷線路板蝕刻液的回收處理再利用，還可用作高能鉛酸蓄電池正極板柵、雙極性電池極板和其他相關電化學極板。
【附圖說明】
[0014]圖1是銅基亞氧化鈦制備流程示意圖。
[0015]圖2是實施例1 (a)、2 (b)、3 (c)制備的亞氧化鈦薄膜的XRD圖譜。
[0016]圖3是實施例1 (a)、2 (b)、3 (c)制備的亞氧化鈦薄膜的SEM圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。
[0018]實施例1
(1)將電解銅板進行清洗，用堿液(lmol/L)浸泡銅板20min除油，再用10%的HN03S液進行室溫超聲清洗5min，取出用水清洗后浸泡于無水乙醇溶液中；晾干后進行噴砂處理(石英砂的粒度為500 μ m)，獲得表面粗化的銅基板1。
[0019](2)采用等離子噴涂法在表面粗化的銅基板上制備亞氧化鈦薄膜2:將表面粗化的銅基板固定在工作架上，將粒徑范圍為20~50 μ m的Ti407粉末放入送粉器中，設定氮氣流速為2000L/h，氬氣流速為2000L/h，噴涂功率為36kW，送粉電位為16V，噴涂距離為10cm，檢查設備設定參數無誤和送粉器送粉均勻連續后，點擊電腦上預先編程好的噴涂路徑進行噴涂，利用亞氧化鈦和銅之間良好的結合力獲得高導電性、機械性能好的銅基亞氧化鈦電極板。
[0020](3)對噴涂的亞氧化鈦薄膜進行物相表征，從圖2 (a)薄膜的XRD圖譜可知分析，以1102和Ti 407的衍射峰為主，對薄膜的成分進行定量分析，可知Ti 407的含量為61.5%，1102的含量和Ti407的含量比較接近；從圖3 (a)的SEM分析可知，該亞氧化鈦薄膜厚度為110 μ m，且致密，銅基和亞氧化鈦薄膜結合良好；因此采用此發明可制備出高導電、機械性強的銅基亞氧化鈦薄膜。
[0021]實施例2
(1)將電解銅板進行清洗，用堿液(lmol/L)浸泡銅板20min除油，再用10%的HN03S液進行室溫超聲清洗5min，取出用水清洗后浸泡于無水乙醇溶液中；晾干后進行噴砂處理(石英砂的粒度為300 μ m)，獲得表面粗化的銅基板1。
[0022](2)采用等離子噴涂法在表面粗化的銅基板上制備亞氧化鈦薄膜2:將表面粗化的銅基板固定在工作架上，將粒徑范圍為40~70 μ m的Ti407粉末放入送粉器中，設定氮氣流速為1900L/h，氬氣流速為1900L/h，噴涂功率為32kW，送粉電位為14V，噴涂距離為14cm，檢查設備設定參數無誤和送粉器送粉均勻連續后，點擊電腦上預先編程好的噴涂路徑進行噴涂，利用亞氧化鈦和銅之間良好的結合力獲得高導電性、機械性能好的銅基亞氧化鈦電極板。
[0023](3)對噴涂的亞氧化鈦薄膜進行物相表征，從圖2 (b)薄膜的XRD圖譜可知分析，以1102和Ti 407的衍射峰為主，對薄膜的成分進行定量分析，可知Ti 407的含量為69.3%，Ti 407的含量比較高；從圖3(b)的SEM分析可知，該亞氧化鈦薄膜厚度為80 μ m，且致密，銅基和亞氧化鈦薄膜結合良好；因此采用此發明可制備出高導電、機械性強的銅基亞氧化鈦薄膜。
[0024]實施例3
(1)將電解銅板進行清洗，用堿液(lmol/L)浸泡銅板20min除油，再用10%的HN03S液進行室溫超聲清洗5min，取出用水清洗后浸泡于無水乙醇溶液中；晾干后進行噴砂處理(石英砂的粒度為100 μ m)，獲得表面粗化的銅基板1。
[0025](2)采用等離子噴涂法在表面粗化的銅基板上制備亞氧化鈦薄膜2:將表面粗化的銅基板固定在工作架上，將粒徑范圍為60~90 μ m的Ti407粉末放入送粉器中，設定氮氣流速為1800L/h，氬氣流速為1800L/h，噴涂功率為34kW，送粉電位為15V，噴涂距離為12cm，檢查設備設定參數無誤和送粉器送粉均勻連續后，點擊電腦上預先編程好的噴涂路徑進行噴涂，利用亞氧化鈦和銅之間良好的結合力獲得高導電性、機械性能好的銅基亞氧化鈦電極板。
[0026](3)對噴涂的亞氧化鈦薄膜進行物相表征，從圖2 (c)薄膜的XRD圖譜可知分析，以1102和Ti 407的衍射峰為主，對薄膜的成分進行定量分析，可知Ti 407的含量為73.4%，Ti 407的含量比較高；從圖3 (c)的SEM分析可知，該亞氧化鈦薄膜厚度為130 μ m，且致密，銅基和亞氧化鈦薄膜結合良好；因此采用此發明可制備出高導電、機械性強的銅基亞氧化鈦薄膜。
【主權項】
1.一種銅基亞氧化鈦電極板，其特征在于:所述銅基亞氧化鈦電極板由銅金屬板載體和處于銅金屬板表面的亞氧化鈦薄膜，亞氧化鈦薄膜的主要成分為Ti407、Ti02，Ti407含量不低于亞氧化鈦薄膜總質量的50%。2.根據權利要求1所述銅基亞氧化鈦電極板，其特征在于:所述亞氧化鈦的薄膜厚度為 70-150 μ??ο3.權利要求1或2所述銅基亞氧化鈦電極板的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)對銅金屬板載體進行清洗、噴砂處理； (2)在銅基載體表面采用等離子噴涂法制備亞氧化鈦薄膜，將Ti407粉末熔化后噴涂到銅金屬板載體表面上得到高導電性的亞氧化鈦薄膜。4.根據權利要求3所述的銅基亞氧化鈦電極板的制備方法，其特征在于:步驟(1)所述噴砂處理中砂的粒度為100~500 μπι。5.根據權利要求3所述的銅基亞氧化鈦電極板的制備方法，其特征在于:步驟(2)中等離子噴涂法中:保護氣為氬氣和氮氣，氮氣流速為1800~2000L/h，氬氣流速為1800~2000L/h，噴涂功率為32~36kW，送粉電位為12~16V，噴涂距離為10~14cm，噴射角為90°。6.根據權利要求3所述的銅基亞氧化鈦電極板的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述打407粉末的粒度為1~100 μπι。
【專利摘要】本發明公開一種銅基亞氧化鈦電極板的制備方法，電極材料制備技術領域。本發明所述銅基亞氧化鈦電極板包括銅金屬板載體和亞氧化鈦薄膜，亞氧化鈦薄膜的主要成分為Ti4O7、TiO2，其中Ti4O7含量不低于亞氧化鈦的薄膜總質量的50%。本發明所述銅基亞氧化鈦電極板的制備采用等離子噴涂技術，在高溫下將亞氧化鈦與銅板結合，制備出亞氧化鈦薄膜。本發明制備得到的銅基亞氧化鈦電極板具有析氧電位低、導電性好、耐腐蝕性強、機械強度高和成本低的特點，可用作高能鉛酸蓄電池正極板柵、雙極性電池極板和其他相關電化學極板。
【IPC分類】C25B11/04, H01M4/04, H01M4/16, C23C4/134, C23C4/11, C25C7/02
【公開號】CN105297073
【申請號】CN201510716682
【發明人】周生剛, 郭曉亮, 曹勇, 張能錦, 牛永勝, 許健, 張俊, 竺培顯
【申請人】昆明理工大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月30日