本發(fā)明屬于化學(xué)電源，尤其涉及一種復(fù)合型二氧化鈦薄膜及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N過渡金屬氧化物，在寬禁帶半導(dǎo)體材料中因其穩(wěn)定無毒等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于顏料生成、軟膏加工分解水、光催化元件以及光電轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)能等領(lǐng)域。其除了具有穩(wěn)定的四方晶系中的銳鈦礦、金紅石晶型結(jié)構(gòu)，還含有板鈦礦結(jié)構(gòu)，而前兩種是最常用的晶型。自從納米管被成功制備出來，不僅因其一維納米結(jié)構(gòu)相對(duì)于納米顆粒無序堆積結(jié)構(gòu)來說，擁有特有的電子傳輸優(yōu)異的性能，而且相比于其他納米線、納米纖維等一維納米結(jié)構(gòu)，有著相對(duì)較大的比表面積。因此可以替代納米顆粒在諸多應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用與優(yōu)勢(shì)，其在太陽能電池、光催化、鋰電池等方面均取得了不俗的研究成果和可觀的發(fā)展前景。

2、其中，鋰電池由于其容量高、能量密度大、造價(jià)低廉、循環(huán)壽命長、工作電壓高等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今最具潛力的能量儲(chǔ)存體系之一，并已得到廣泛運(yùn)用。其中，電極材料的性能直接決定了鋰離子電池的性能。

3、由于二氧化鈦具有嵌鋰容量大，毒性小且能耗低，穩(wěn)定性好，比容量大，循環(huán)穩(wěn)定性好，沒副反應(yīng)，高環(huán)保等特性，因此，將二氧化鈦?zhàn)鳛樨?fù)極材料具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，是一種很優(yōu)異的鋰電池原料。目前有利用二氧化鈦的高安全性、穩(wěn)定性及耐高溫和壽命長等特點(diǎn)制成高電壓的鋰離子二次電池鋰電池。但是目前公開報(bào)道的將二氧化鈦?zhàn)鳛樨?fù)極材料幾乎是將二氧化鈦負(fù)載到采用吸附效果的材料上，如將二氧化鈦負(fù)載到碳納米管上避免碳納米管電極的塌陷，以及抑制負(fù)極上固體電解質(zhì)界面(sei)層和鋰枝晶的形成。但是該負(fù)極不能有效改善并提高鋰電池的首次充放電效率和比容量以及循環(huán)等性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種復(fù)合型二氧化鈦薄膜及其制備方法，以解決現(xiàn)有二氧化鈦?zhàn)鳛樨?fù)極材料時(shí)幾乎采用負(fù)載的方式使用而導(dǎo)致其充放電效率和比容量以及循環(huán)等電化學(xué)性能不理想的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的另目的在于提供一種電極片和電極片的應(yīng)用，以解決現(xiàn)有含二氧化鈦的電極片存在如充放電效率和比容量以及循環(huán)等電化學(xué)性能不理想的技術(shù)問題。

3、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明的一方面，提供了一種復(fù)合型二氧化鈦薄膜的制備方法。所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜的制備方法包括如下步驟：

4、將二氧化鈦靶材和能量密度貢獻(xiàn)主體元素靶材在惰性氣氛下進(jìn)行共濺射處理，在基體上生長復(fù)合型二氧化鈦薄膜。

5、本發(fā)明的另一方面，提供了一種復(fù)合型二氧化鈦薄膜。所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜是由本發(fā)明復(fù)合型二氧化鈦薄膜的制備方法生長形成。

6、本發(fā)明的又一方面，提供了一種電極片。所述電極片包括集流體，在所述集流體表面上還結(jié)合有復(fù)合型二氧化鈦薄膜，所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜是按照本發(fā)明制備方法在所述集流體上生長形成。

7、本發(fā)明的再一方面，提供本發(fā)明電極片的應(yīng)用。所述電極片在制備鋰離子電池或超級(jí)電容器中的應(yīng)用。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明復(fù)合型二氧化鈦薄膜的制備方法將二氧化鈦靶材和能量密度貢獻(xiàn)主體元素靶材直接采用共濺射法沉積形成。這樣，使得納米級(jí)能量密度貢獻(xiàn)主體元素嵌在二氧化鈦基體中，從而在復(fù)合型二氧化鈦薄膜中形成了一個(gè)更大的表面積供鋰離子容納，賦予所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜具有界面電阻小的特性。而且將所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜作為負(fù)極膜層后，其所含的二氧化鈦基體能夠有效阻止電解液與納米級(jí)能量密度貢獻(xiàn)主體元素的直接接觸，可以減少和阻止電解液與能量密度貢獻(xiàn)主體之間的不可逆副反應(yīng)，減少固體電解質(zhì)膜(sei)的產(chǎn)生，減輕周期性體積變化的應(yīng)力，保持鋰離子嵌入/脫出過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。另外，采用共濺射法生長形成膜層，其條件易控，有效保證生長的復(fù)合型二氧化鈦薄膜化學(xué)性能穩(wěn)定，賦予所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜大倍率性能良好，安全性能良好，效率高，適用于工業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)。

9、因此，本發(fā)明復(fù)合型二氧化鈦薄膜界面電阻小，其所含的二氧化鈦基體能夠有效阻止電解液與納米級(jí)能量密度貢獻(xiàn)主體元素的直接接觸，可以減少和阻止電解液與能量密度貢獻(xiàn)主體之間的不可逆副反應(yīng)，減少固體電解質(zhì)膜(sei)的產(chǎn)生，然后減輕周期性體積變化的應(yīng)力，同時(shí)保持鋰離子嵌入/脫出過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

10、本發(fā)明電極片由于是利用本發(fā)明制備方法直接在集流體上生長形成復(fù)合型二氧化鈦薄膜。因此，所述電極片內(nèi)阻小，而且所含的復(fù)合型二氧化鈦薄膜能夠有效阻止電解液與納米級(jí)能量密度貢獻(xiàn)主體元素的直接接觸，可以減少和阻止電解液與能量密度貢獻(xiàn)主體之間的不可逆副反應(yīng)，減少固體電解質(zhì)膜(sei)的產(chǎn)生，然后減輕周期性體積變化的應(yīng)力，同時(shí)保持鋰離子嵌入/脫出過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

11、由于本發(fā)明電極片具有該些優(yōu)點(diǎn)，含有本發(fā)明電極片的鋰離子電池的鋰離子傳導(dǎo)速率高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和容量保持率高，賦予所述鋰離子電池具有高的首次充放電效率和鋰離子電池或超級(jí)電容器循環(huán)性能好，延長了循環(huán)壽命長，安全性能較高。含有本發(fā)明電極片的超級(jí)電容器內(nèi)阻小，充放電快速，同時(shí)儲(chǔ)能性能優(yōu)異。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合型二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述能量密度貢獻(xiàn)主體元素靶材包括硅、鎳、鈷、錳、鋅、錫、釩、金、銀、銅、鉬中的至少一種單質(zhì)靶或合金靶或硅、鎳、鈷、錳、鋅、錫、釩、金、銀、銅、鉬中的至少一種化合物靶；和/或

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：在所述共濺射處理過程中，所述基體的溫度控制為200℃-800℃；和/或

4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于：所述二氧化鈦靶材是按照如下方法制備：

5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述干壓處理為采用5噸單向壓力對(duì)所述二氧化鈦粉體進(jìn)行直接施壓處理。

6.如權(quán)利要求1-3、5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于：所述基體為化學(xué)電源負(fù)極集流體。

7.一種復(fù)合型二氧化鈦薄膜，其特征在于：所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜是按照權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法生長形成。

8.一種電極片，包括集流體，其特征在于：在所述集流體表面上還結(jié)合有復(fù)合型二氧化鈦薄膜，所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜是按照權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的制備方法在所述集流體上生長形成。

9.?如權(quán)利要求8所述的電極片，其特征在于：所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜的厚度為0?.1-10?μm。

10.如權(quán)利要求8或9所述的電極片在鋰離子電池或超級(jí)電容器中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種復(fù)合型二氧化鈦薄膜及其制備方法與應(yīng)用。所述復(fù)合型二氧化鈦薄膜的制備方法包括的步驟有：將二氧化鈦靶材和能量密度貢獻(xiàn)主體元素靶材在惰性氣氛下進(jìn)行共濺射處理，在基體上生長復(fù)合型二氧化鈦薄膜。本發(fā)明復(fù)合型二氧化鈦薄膜的制備方法將二氧化鈦靶材和能量密度貢獻(xiàn)主體元素靶材直接采用共濺射法沉積形成。使得生長的復(fù)合型二氧化鈦薄膜具有界面電阻小的特性，而且可以減少和阻止電解液與能量密度貢獻(xiàn)主體之間的不可逆副反應(yīng)，減少固體電解質(zhì)膜(SEI)的產(chǎn)生，減輕周期性體積變化的應(yīng)力，保持鋰離子嵌入/脫出過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。另外，所述制備方法有效保證生長的復(fù)合型二氧化鈦薄膜化學(xué)性能穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：劉江權(quán)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10