[发明专利]一种钾离子导体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钾离子导体及其制备方法和应用，所述制备方法，包括如下步骤：(1)在惰性气氛中，将含苯环的有机物溶于醚类化合物中，搅拌均匀形成透明的溶液；(2)在惰性气氛中，将金属钾加入步骤(1)制得的溶液中，待金属钾完全溶解，得到钾化试剂溶液；(3)在惰性气氛中，将β”‑Al₂O₃陶瓷按预定比例加入步骤(2)制得的钾化试剂溶液中，充分搅拌，然后静置，再经过滤洗涤、干燥后得到钾离子导体。本发明的钾离子导体具有高钾离子电导率，高机械强度，制备工艺简单，制备成本更低，安全可控，可以作为钾离子传导的电解质，用于钾离子电池、钾空气电池、钾‑硫电池、钾离子电容器和电致变色器件等。

技术领域

本发明涉及一种钾离子导体及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度在储能领域的应用越来越广泛。自1991年进入市场以来，已经广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车、大规模储能等领域。但是由于锂资源的稀缺性和分布不均匀，限制了锂离子电池在电动汽车、大规模储能等领域的应用。因此，十分必要开发廉价、高能量密度、高功率密度的新型可充电电池作为替代方式。

基于钾离子的二次电池，如钾离子电池、钾硫电池、钾空气电池等作为新型电池体系，具有资源丰富、成本低廉等优势，并且钾离子的标准氧化还原电势与锂离子电池最为接近，呈现出较高的理论容量和能量密度，具有良好的应用前景。电解液作为基于钾离子的二次电池的重要组成部分，对电池的安全和性能由关键的影响。目前的钾离子固态电解质，其制备条件比较苛刻，需要高温加热(1200℃)，不仅成本高，还存在安全性问题。因此开发一种制备简单、具有高钾离子电导率的钾离子导体具有重要的理论和现实意义。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种钾离子导体及其制备方法和应用，该方法工艺简单，具有高钾离子电导率和高机械强度。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种钾离子导体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在惰性气氛中，将含苯环的有机物溶于醚类化合物中，搅拌均匀形成透明的溶液；

(2)在惰性气氛中，将金属钾加入步骤(1)制得的溶液中，待金属钾完全溶解，得到钾化试剂溶液；

(3)在惰性气氛中，将β”-Al₂O₃陶瓷按预定比例加入到步骤(2)所制得的钾化试剂溶液中，充分搅拌，然后静置，再经过滤洗涤、干燥后得到钾离子导体。

优选地，所述含苯环的有机物为联苯类化合物或稠环芳烃类化合物。

优选地，在步骤(1)制得的溶液中，含苯环的有机物的浓度为0.1～5mol/L。

优选地，在步骤(2)得到的钾化试剂溶液中，钾的浓度为0.1～5mol/L。

优选地，所述步骤(3)中，β”-Al₂O₃陶瓷与步骤(2)所制得的钾化试剂溶液的质量比为2:1～10:1。

优选地，步骤(1)中的醚类化合物，其通式为R₁OR₂或R₁OR₂OR₃，其中，R₁，R₂，R₃各自独立地为C₁-C₁₀的烷基或其衍生物。

一种钾离子导体，由醚类化合物、含苯环的有机物、金属钾和β”-Al₂O₃陶瓷按所述的制备方法制备得到。

钾离子导体的应用，所述钾离子导体作为钾离子传导的电解质。