一种预钾化二氧化钛负极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种预钾化二氧化钛负极的制备方法，该方法包括以下步骤：S1、将负极活性物质浆料涂布于铜箔集流体上，在真空干燥机内干燥，冲裁成圆片，得到二氧化钛负极极片；S2、将多环芳烃溶解在非质子极性溶剂中，加入适量的金属钾使所述多环芳烃反应完全，制得多环芳基钾化试剂溶液；S3、将二氧化钛负极极片浸入所述多环芳基钾化试剂溶液中；S4、反应结束后洗涤二氧化钛负极极片，干燥，即得预钾化二氧化钛负极。本发明专利技术通过多环芳烃钾和二氧化钛负极极片反应，在负极极片上预形成一层电子绝缘、离子导电和不溶性的表面SEI膜，和电池循环产生的SEI膜可以协同工作，更好地保护钠离子电池的负极，并提升钠离子电池的各项性能。并提升钠离子电池的各项性能。并提升钠离子电池的各项性能。

【技术实现步骤摘要】
一种预钾化二氧化钛负极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种预钾化二氧化钛负极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于丰富的钠资源，钠离子电池已成为锂离子电池的一种很有前途的替代品，特别是在未来的大规模储能系统中。在众多的负极候选材料中，二氧化钛(TiO2)材料因其较高的理论容量(335mAh g
‑1)、丰富的资源和可忽略的结构应变而被认为是具有吸引力的钠离子电池负极。然而，由于本征导电性差和缓慢的离子扩散速率，往往表现出较差的速率能力和较低的可逆容量。
[0003]到目前为止，已经进行了广泛的研究来改善二氧化钛阳极的电化学性能包括:(i)与导电基质的杂化增强电子导电性；(ii)制备纳米结构缩短Na
+
扩散距离；(iii)引入杂原子促进Na
+
的快速迁移。然而，二氧化钛通常由于不可避免的电解液分解和其它副反应表现出较低的首次库伦效率。据我们所知，大多数报道的二氧化钛基负极的首次库伦效率不超过60％，这意味着大量的Na
+
不可逆地从阴极消耗。作为一个关键参数，负极较低的首次库伦效率严重阻碍钠离子电池容量、能量密度和循环稳定性的提高。因此，改善首次库伦效率对实现二氧化钛负极在钠离子电池中的实际应用至关重要。然而，对于提高二氧化钛负极首次库伦效率的研究，现在鲜有报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于提高钠离子电池二氧化钛负极首次库伦效率的预钾化的方法。本专利技术通过调控预钾化的反应时间，在二氧化钛负极上构建均匀、致密和稳定SEI膜，经过预钾化处理的二氧化钛负极表现出显著提高的首次库伦效率，也为一系列高能量密度电池体系的发展提供了可能。
[0005]本专利技术提供了一种预钾化二氧化钛负极的制备方法，其包括以下步骤：
[0006]S1、将负极活性物质浆料涂布于铜箔集流体上，在真空干燥机内干燥，冲裁成圆片，得到二氧化钛负极极片；
[0007]S2、将多环芳烃溶解在非质子极性溶剂中，加入适量的金属钾使所述多环芳烃反应完全，制得多环芳基钾化试剂溶液；
[0008]S3、将二氧化钛负极极片浸入所述多环芳基钾化试剂溶液中；
[0009]S4、反应结束后洗涤二氧化钛负极极片，干燥，即得预钾化二氧化钛负极。
[0010]优选的，S1中所述负极活性物质浆料按质量份数，包括60～80份二氧化钛，0.5～20份导电剂和0.5～10份粘结剂，溶于溶剂NMP(甲基吡咯烷酮)中。
[0011]优选的，所述导电剂为乙炔黑、科琴黑、SuperP中的一种或几种。
[0012]优选的，所述粘结剂为PVDF、CMC、PAA中的一种或几种。
[0013]优选的，S2中所述多环芳烃包括萘、联苯、联多苯、多苯代脂肪烃和稠环芳烃中的
一种或多种。
[0014]优选的，S2中所述非质子极性溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃和乙二醇二甲醚中的一种或多种。
[0015]优选的，S3中所述多环芳基钾化试剂溶液的浓度为0.1
‑
1mol/L，二氧化钛负极极片与多环芳基钾化试剂溶液反应时间为1
‑
30min。
[0016]本专利技术还提供了一种预钾化二氧化钛负极，由上述制备方法制备得到，所述预钾化二氧化钛负极包括固态电解质界面膜。
[0017]另外，本专利技术还提供了上述预钾化二氧化钛负极在钠离子电池中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]1、本专利技术通过多环芳烃钾和二氧化钛负极极片反应，在负极极片上预形成一层电子绝缘、离子导电和不溶性的表面SEI膜，和电池循环产生的SEI膜可以协同工作，更好地保护钠离子电池的负极，并提升钠离子电池的各项性能；
[0020]2、本专利技术通过液相化学法对二氧化钛负极极片预钾化并预形成SEI膜，其方法简单安全，易于实施且不易产生副产物。
附图说明
[0021]图1为实施例1
‑
3和对比例1的XRD图；
[0022]图2为实施例1
‑
3和对比例1的的SEM图；其中，图(a),(b),(c)和(d)依次为对比例1，实施例1、实施例2和实施例3的SEM图；
[0023]图3为实施例1
‑
3和对比例1组装成的钠离子电池的首次充放电曲线对比图；
[0024]图4为实施例1
‑
3和对比例1组装成的钠离子电池的首次库伦效率对比图；
[0025]图5为对比例1和实施例1组装成的钠离子电池在50mAg
‑1下的循环性能图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1
[0028]S1、将二氧化钛(活性物质)、SuperP、PVDF按质量比7：2：1混合，溶于溶剂NMP(甲基吡咯烷酮)中，得到负极活性物质浆料。将负极活性物质浆料涂布于铜箔集流体上，在80℃的真空干燥机内干燥，冲裁成直径12mm的圆片，得到二氧化钛负极极片。
[0029]S2、将萘与金属钾按等摩尔比混合，共同分散在乙二醇二甲醚(DME)溶剂中，搅拌后制得1mol/L的萘
‑
钾的DME溶液，然后将二氧化钛负极极片浸入配置的萘
‑
钾的DME溶液中，反应1min，反应结束后用DME洗涤三遍，干燥备用，即得预钾化二氧化钛负极,命名为KTO
‑
1。
[0030]S3、将上述S2制备的预钾化二氧化钛为负极，钠金属为对电极，用1MNaPF
6 DME电解液组装半电池。
[0031]S4、对上述S3的制备的钠离子电池进行性能测试，具体如下：
[0032]在0.01～3V的电化学窗口范围内，采用50mAg
‑1的电流密度，在室温下进行充放电循环测试，测试上述电池的循环性能。
[0033]实施例2
[0034]S1、将二氧化钛(活性物质)、SuperP、PVDF按质量比7：2：1混合，溶于溶剂NMP(甲基吡咯烷酮)中，得到负极活性物质浆料。将负极活性物质浆料涂布于铜箔集流体上，在80℃的真空干燥机内干燥，冲裁成直径12mm的圆片，得到二氧化钛负极极片。
[0035]S2、将萘与金属钾按等摩尔比混合，共同分散在乙二醇二甲醚(DME)溶剂中，搅拌后制得1mol/L的萘
‑
钾的DME溶液，然后将二氧化钛负极极片浸入配置的萘
‑
钾的DME溶液中，反应10min，反应结束后用DME洗涤三遍，干燥备用，即得预钾化二氧化钛负极,命名为KTO
‑
10。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预钾化二氧化钛负极的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、将负极活性物质浆料涂布于铜箔集流体上，在真空干燥机内干燥，冲裁成圆片，得到二氧化钛负极极片；S2、将多环芳烃溶解在非质子极性溶剂中，加入适量的金属钾使所述多环芳烃反应完全，制得多环芳基钾化试剂溶液；S3、将二氧化钛负极极片浸入所述多环芳基钾化试剂溶液中；S4、反应结束后洗涤二氧化钛负极极片，干燥，即得预钾化二氧化钛负极。2.根据权利要求1所述的一种预钾化二氧化钛负极的制备方法，其特征在于，S1中所述负极活性物质浆料按质量份数，包括60～80份二氧化钛，0.5～20份导电剂和0.5～10份粘结剂，溶于溶剂NMP(甲基吡咯烷酮)中。3.根据权利要求2所述的一种预钾化二氧化钛负极的制备方法，其特征在于，所述导电剂为乙炔黑、科琴黑、SuperP中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的一种预钾化二氧化钛负极的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为PVDF、CMC、PAA中的一种或几种。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，许国干，刘园园，王海燕，唐有根，
申请(专利权)人：江苏宜锂科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：