[发明专利]一种钾铁硫化物薄膜电极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种钾铁硫化物薄膜电极及其制备方法和应用。本发明提供了一种钾铁硫化物薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：将碱液、金属硫化物溶液和升华硫混合，得到电解液；将铁基体置于所述电解液中，进行水热反应，得到所述钾铁硫化物薄膜电极；所述碱液的溶质包括氢氧化钾。本发明将铁基体置于电解液中进行水热反应，铁单质与钾离子和硫离子结合生成钾铁硫化物，所述钾铁硫化物和升华硫可以诱导纳米线的生长，所述纳米线的生长可以进一步提高其功率密度和能量密度；所述电解液中的碱性体系可以维持金属基体的稳定性。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种钾铁硫化物薄膜电极及其制备方法和应用。

背景技术

在当前的环境下，迫切需要高效，可再生和清洁的能源(例如太阳能、风能和潮汐能)，以满足人们日益增长的需求。研究人员致力于开发环保和高功率/能量密度的储能设备。到目前为止，广泛应用的铅酸电池和锂离子电池仍存在令人困扰的问题，例如功率密度低和循环寿命短，更严重的是锂离子电池采用易燃易爆的有机液态电解质，存在电化学和热稳定性不足的缺陷，这就导致了电池能量密度的提升受到限制。固态电池具有高能量密度、高安全性和长循环寿命等优点，有望克服常规电池的缺点，因此它可能是最理想的储能设备之一。必不可少的组成成分活性材料在固态电池中占据最重要的位置，因此，开发高能量密度和高安全性的电极材料以提高固态电池的性能具有重要的应用意义。

铁基材料具有理论容量高、无毒、高安全性、低成本和原材料易得等优点，被证明是有潜力的电极材料。目前的电极材料虽具有较高的功率密度，但是能量密度方面还需要改进和提高。因此，开发兼具高能量和功率密度的双高电极材料势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钾铁硫化物薄膜电极及其制备方法和应用，利用所述制备方法制备得到的钾铁硫化物薄膜电极具有较高的功率密度和能量密度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钾铁硫化物薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：

将碱液、金属硫化物溶液和升华硫混合，得到电解液；

将铁基体置于所述电解液中，进行水热反应，得到所述钾铁硫化物薄膜电极；

所述碱液的溶质包括氢氧化钾。

优选的，所述碱液还包括氢氧化钠；

所述金属硫化物溶液中的金属硫化物包括硫化钾和/或硫化钠。

优选的，所述碱液的浓度为1～450g/L。

优选的，所述金属硫化物溶液的浓度为50～250g/L。

优选的，所述碱液、金属硫化物溶液和升华硫的用量比为(10～20)mL：(2～10)mL：(0.5～4)g。

优选的，所述水热反应的温度为120～250℃，时间为6～56h。

优选的，将铁基体置于所述电解液中前，还包括对所述铁基体进行预处理；

所述预处理包括将铁基体依次在盐酸和乙醇溶液中浸泡。

本发发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的钾铁硫化物薄膜电极，所述钾铁硫化物薄膜的厚度为1～20μm；

所述钾铁硫化物薄膜中的钾铁硫化物为纳米线结构。

本发明还提供了上述技术方案钾铁硫化物薄膜电极在固态电池中的应用。