[发明专利]一种钛基锡锑钆氧化物正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铅液流电池的钛基锡锑钆氧化物正极材料及其制备方法。钛基体表面预处理；配制含锡盐、锑盐和钆盐的前驱体溶胶，采用浸渍提拉法在钛基体表面成型凝胶湿膜；干燥凝胶湿膜，在钛基体得到凝胶干膜；将钛板基体凝胶干膜进行结晶预处理，至所述凝胶干膜转变为锡锑钆氧化物薄膜；将成型的锡锑钆氧化物薄膜进行结晶热处理，得到具有导电功能的钛基锡锑钆氧化物正极材料。铅液流电池钛基锡锑钆氧化物电极包括钛基体及其表面的上述锡锑钆氧化物涂层。该方法可用于大尺寸钛基体表面形成锡锑钆氧化物薄膜，获得的电极材料性能均匀、电导率高、耐电化学腐蚀性好。制备过程易于控制，工艺稳定，可重复性高，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于新能源新材料制备技术领域，涉及有关铅液流电池正极材料的制备技术，具体是涉及一种铅液流电池的钛基锡锑钆氧化物正极材料的制备方法。

背景技术

铅液流电池是一种新型氧化还原液流电池。以可溶性的铅离子作为基质溶液，如甲基磺酸铅、高氯酸铅、三氟甲基磺酸铅、氟硼酸铅等，充电时可溶的铅离子在负极表面还原形成金属铅，在正极表面氧化形成固体二氧化铅，形成电势差，由于采用单一电解液，无需隔膜，只需要使正负极保持一定的距离即可。这样，使得电池的结构更为简单，降低了电池造价和运行成本。其中电极材料是一个关键部件，因其提供电化学反应场所。要求其具有高的抗氧化性、耐腐蚀性、优良的均匀导电性和良好力学性能等要求。目前氧化还原液流电池如全钒液流电池主要采用通过添加导电填料石墨/聚合物基复合材料，其具有重量轻、易加工成以及电阻率在较大范围内可调等特点被广泛采用，但其电阻率相对于金属材料比较高，耐电化学腐蚀性有待提高，其电导率的均匀性不如金属材料，特别针对于铅液流电池，电极材料电导率的均匀性至关重要；金属材料如铂、钯、钌等贵金属，可以提高电极的导电性，增加镀层与基体的结合力，但是价格昂贵，不适合商业应用。而价格低廉的金属钛基金属氧化物作为正极材料备受关注，如金属钛表面形成锡锑氧化物涂层制备出钛基锡锑氧化物电极具有较高耐电化学腐蚀性、优良的导电性，元素钆的掺杂可以进一步提高该正极材料的物理化学性能。

根据文献报道，钛基体表面形成锡锑钆氧化物涂层的电极材料制备方法有电沉积法、热分解法、热浸法、金属醇盐的溶胶凝胶法。其中在电沉积法、热分解法、热浸法中大量的采用硝酸、盐酸等试剂，不能够满足环保要求，不利于工业化生产，且制备的锡锑钆氧化物涂层性能均匀性差；而传统的溶胶凝胶法中，主要利用金属醇盐的水解和聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的溶胶，再用溶剂、催化剂、配合剂等将溶胶浓缩成透明凝胶，此法得到的涂层均匀，但是生产成本较高，且热处理工艺还不成熟，最终得到钛基锡锑钆氧化物电极的性能不稳定，重复性差。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种钛基体锡锑钆氧化物正极材料，具有高电导率与耐腐蚀的特点。

本发明的另一个目的是提供一种钛基体锡锑钆氧化物正极材料的制备方法，具有提高锑钆氧化物正极材料电导率与耐腐蚀性能的特点。

本发明所采用的第一个技术方案是，一种钛基体锡锑钆氧化物正极材料，包括基体与涂层，基体为钛基体，钛基体表面的涂层为锡锑钆氧化物涂层，锡锑钆氧化物涂层由二氧化锡、五氧化二锑和三氧化钆组成。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种锡锑钆氧化物正极材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、对钛基体表面进行预处理；

步骤2、配制含锡盐、锑盐和钆盐的前驱体溶胶，采用浸渍提拉法在预处理后的钛基体表面成型凝胶湿膜；

步骤3、干燥步骤2所得凝胶湿膜，得到凝胶干膜；

步骤4、将步骤3所得的钛基体表面的凝胶干膜进行结晶预处理，至凝胶干膜转变为锡锑钆氧化物薄膜；

步骤5、将成型的钛基体锡锑钆氧化物薄膜进行结晶热处理，得到具有导电功能的钛基锡锑钆氧化物正极材料。

本发明的特点还在于：