[发明专利]一种三维棒状钛酸钾材料的制备方法有效

专利信息
申请号: 202010818858.4 申请日: 2020-08-14
公开(公告)号: CN112018355B 公开(公告)日: 2022-06-24
发明(设计)人: 张业龙;孙宏阳;周健文;徐晓丹;陈俞程;曾庆光 申请(专利权)人: 五邑大学
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/58;H01M4/131;H01M4/136;H01M10/054
代理公司: 广州嘉权专利商标事务所有限公司 44205 代理人: 黄琳娟
地址: 529000 广*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 三维 棒状钛酸钾 材料 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种三维棒状钛酸钾材料的制备方法,包括以下步骤:(1)将氢氧化钾溶于水,配置成浓度为1‑5mol/L的氢氧化钾溶液;(2)将Ti3C2Tx加入步骤(1)所制的氢氧化钾溶液中,混匀,充分反应得到前驱体分散液;(3)将步骤(2)所得的分散液离心,洗涤,干燥,得到前驱体;(4)将步骤(3)得到的前驱体在空气气氛中,800‑1100℃下,保温1‑5小时,冷却,收集固体,得到三维棒状钛酸钾材料。与水热处理方法制备的钛酸钾相比,本发明以Ti3C2Tx为原料制备的棒状钛酸钾具有三维立体结构,有利于电解液充分接触,从而降低扩散阻力。此外,Ti3C2Tx的本征碳层可以显著提高钛酸钾的导电性,从而提高倍率性能。

技术领域

本发明属于新能源材料领域,具体涉及一种三维棒状钛酸钾材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为成熟的储能器件,因其能量密度大、工作温度宽、循环寿命长等优点,已被广泛应用于各种电子产品及新能源汽车。然而,由于锂矿资源在地壳中的储量较少且分布不均,随着锂离子电池用量不断增加,锂离子电池上游材料(碳酸锂、氢氧化钴等)的价格也节节攀升,使得锂离子电池成本居高不下,难以进一步大规模应用。储能市场迫切需要成本更低的新型储能器件。

锂(Li)、钠(Na)和钾(K)处在同一主族,物理化学性质比较接近,钾的还原电势(-2.93V)相较于钠(-2.71V)更接近于锂(-3.04V),这意味着钾离子电池(KIBs)的能量密度高于钠离子电池(SIBs),并且钾矿资源具有储量多、成本低(碳酸钾价格仅为7000元/吨)、分布广等优势。从长远考虑,相对廉价的钾离子电池是大规模储能的发展方向之一。虽然钾离子电池具有极大的发展前景,然而钾离子电池目前也存在一些问题,比如,钾离子半径较大,虽然可以嵌入商用石墨,但在嵌入与脱出期间易造成巨大的体积变化,从而导致性能快速衰减。因此,开发具有良好的循环稳定性的钾离子负极材料是必要的。

目前比较多的是MXene,比如Ti3C2Tx,作为一种新型的二维过渡金属碳/氮化物或碳氮化物,其具有较高的比表面积和高导电性,有利于离子电子传输,但是其层间距较小,并且表面官能团具有一定的吸附性,因此并不能取得理想的离子快速迁移效果。还有一种就是钛酸钾(K2Ti4O9),其属于层状钛基材料,具有锯齿状的骨架,其较大的八面体间隙可以很好的容纳钾离子,从而缓解钾离子在充放电过程的体积变化;此外,低的工作电压以及良好的环境友好性使得钛酸钾(K2Ti4O9)成为钾离子电池的理想负极材料。现有的钛酸钾(K2Ti4O9)多是通过水热处理的方法合成,然而,水热处理需要加入强氧化剂H2O2,因而得到的钛酸钾均匀性较差,容易发生团聚,且导电性能较差,不利于钾离子电池性能的充分发挥。

发明内容

针对现有技术存在的问题,本发明的目的之一在于提供一种三维棒状钛酸钾材料。本发明的另一目的在于提供上述三维棒状钛酸钾材料的制备方法。进一步的,本发明提供一种三维棒状钛酸钾材料的应用,将所述三维棒状钛酸钾材料用作钾离子电池负极。

本发明采用以下技术方案:

一种三维棒状钛酸钾材料的制备方法,包括以下步骤:

(1)将氢氧化钾加入溶剂中,配置为浓度为1-5mol/L的氢氧化钾溶液,优选的为2-4mol/L,例如2mol/L,3mol/L,4mol/L,5mol/L;

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