[发明专利]复合合金膜及其制备方法、电池阴极材料

说明书

本发明提供了一种复合合金膜及其制备方法、电池阴极材料。该制备方法包括：保持真空状态，对衬底进行活化处理，然后通过离子溅射金属靶材、在衬底表面生长合金催化薄膜，再对合金催化薄膜进行表面改性处理，得到所述复合合金膜；其中，所述合金催化薄膜中的元素包括铂、银和第四周期过渡金属，所述第四周期过渡金属包括铁、钴、镍、铬中的一种或两种以上的组合。本发明还提供了上述制备方法得到的复合合金膜以及包括该复合合金膜的电池电极。本发明提供的复合合金膜具有耐腐蚀、催化效果好、性价比高等特点。

技术领域

本发明涉及仿生新能源技术领域，尤其涉及一种复合合金膜及其制备方法、电池阴极材料。

背景技术

碳基材料通常是化学电池电极的常用材料，电极通常含有催化层、集流层等物理层粘结而成，其中催化层通常由活性碳载体、催化材料和粘结材料等涂覆而成，这种结构虽然具有高密度活性点供化学反应和电子转移，但由于采用有机物粘合剂和力学压制的工艺，造成电极电阻较大，活性碳等碳基材料性能易退化，放电一段时间后性能会急剧下降。铂、银也是化学电池电极常用材料，但是大规模采用铂、银等金属来制备电池阴极，成本高，催化作用发挥有限。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种复合合金膜及其制备方法与电池阴极材料，该复合合金膜中催化薄膜与基体的结合力强、不易脱落，具有耐腐蚀、催化效果好、性价比高等特点。

为了达到上述目的，本发明提供了一种复合合金膜的制备方法，该制备方法包括：保持真空状态，对衬底进行活化处理，然后通过离子溅射在所述衬底表面生长合金催化薄膜，再对合金催化薄膜进行表面改性处理，得到所述复合合金膜；其中，所述合金催化薄膜包括铂、银和第四周期过渡金属(即离子溅射过程中所用的金属靶材包括铂靶、银靶和第四周期过渡金属靶材)，所述第四周期过渡金属包括铁、钴、镍、铬中的一种或两种以上的组合。

在上述制备方法中，相比于纯铂薄膜，同时添加铂和银的复合合金膜成本低，形成合金薄膜的原子结构排列比纯铂薄膜复杂。

在上述制备方法中，将第四周期过渡金属掺杂在铂、银等重金属元素中，不仅可以降低合金的制作成本，提高合金催化薄膜与衬底的结合力，得到的复合合金膜不易剥离脱落，具有较长的使用寿命。此外银、铂、镍、铬等元素的添加也能够提高复合合金膜的耐腐蚀能力。

在本发明的具体实施方案中，以合金催化薄膜中所有元素的原子数量为100％计，铂在合金催化薄膜中的原子百分比为5-30at.％、例如20-30at.％，银在合金催化薄膜中的原子百分比为30-60at.％。合金催化薄膜中其他元素(例如铁钴镍铬等)的原子含量没有特殊限制。

在本发明的具体实施方案中，经过表面改性处理的合金催化薄膜的厚度一般控制为1μm-10μm。

在本发明的具体实施方案中，所述衬底一般选用泡沫金属网，例如泡沫镍、泡沫铜、泡沫不锈钢等。优选为泡沫不锈钢衬底。

在本发明的具体实施方案中，所述活化处理能够去除衬底表面的氧化层，提高后续生长的薄膜与衬底之间的结合力。在具体方案中，一般通过离子轰击的方式进行活化处理，离子轰击时的真空度一般控制为1×10^-2Pa至1×10^-3Pa，轰击离子能量为800eV-1000eV，温度为200℃-400℃，处理时间一般控制为6-10min。活化处理采用的轰击离子可以是Ar离子等。

在本发明的具体实施方案中，在对衬底进行活化处理后，可以直接在真空条件中进行离子溅射金属靶材、在衬底表面生长合金膜层。将活化处理与离子溅射连续操作能够保持衬底表面的活化状态，使金属骨架(即金属衬底)表面不接触空气，保持表面洁净，节省加工时间、简化工序。