一种用于钾硫电池正极KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料的制备方法及其应用转让专利
申请号 : CN202010090816.3
文献号 : CN111312998B
文献日 : 2021-03-19
发明人 : 蔡克迪 , 王坦 , 郎笑石 , 李兰 , 奚雪
申请人 : 渤海大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于钾硫电池正极KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料的制备方法,其特征是:具体步骤为:
(1)将体积比为10:1~5:1的钛酸四丁酯与浓盐酸,在常温下搅拌,得到钛酸四丁酯/盐酸混合溶液;
(2)将体积比为34:1~68:1的无水乙醇与去离子水,在常温下搅拌,得到乙醇溶液;
(3)在搅拌的情况下,将步骤(2)中的乙醇溶液滴加到步骤(1)中的钛酸四丁酯/盐酸混合溶液中,所述乙醇溶液中无水乙醇与钛酸四丁酯/盐酸混合溶液中钛酸四丁酯的体积比
4:1,配制成钛酸四丁酯/盐酸/乙醇混合溶液;
(4)将体积比为25:1~40:1的去离子水和浓盐酸在室温下搅拌1h~2h,获得盐酸溶液;
加入到所述钛酸四丁酯/盐酸/乙醇混合溶液中,继续室温搅拌15h~24h,形成TiO2溶胶;
(5)按照TiO2溶胶中TiO2的质量与V2O5的质量比为50:1~1:50称取V2O5,并加入到步骤(4)所得TiO2溶胶中,常温搅拌均匀后,在60℃~70℃加热搅拌再放入干燥箱中,以60℃~
70℃烘干8h~20h;
(6)将烘干后的物质在马弗炉中300℃~400℃高温煅烧2h~3h,随后冷却取出,研磨,再经马弗炉500℃~600℃高温煅烧6h~8h,冷却拿出后,按照V2O5与KOH的质量比为2:1~1:
4称取KOH,均匀混合后,再放入马弗炉中500℃~600℃高温煅烧3h~5h;将煅烧后的产物用去离子水清洗4~6次,再放入干燥箱中,以60℃~70℃烘干15h~22h;
(7)将烘干后的产品研磨,获得KOH修饰的TiO2/V2O5粉末,再按照KOH修饰的TiO2/V2O5粉末与硫粉质量比为1:3~1:6均匀混合后,放入真空干燥箱155℃~180℃加热保温20h~
30h;经研磨,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合正极材料。
2.根据权利要求1所述的用于钾硫电池正极KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料的制备方法,其特征是:步骤(1)和步骤(4)中的浓盐酸质量浓度为36%。
3.根据权利要求1所述的用于钾硫电池正极KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料的制备方法,其特征是:TiO2溶胶中TiO2的质量与V2O5的质量比为50:1~1:50时,所述KOH与V2O5的质量比为1:3。
4.根据权利要求1所述的用于钾硫电池正极KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料的制备方法,其特征是:所述盐酸溶液与钛酸四丁酯/盐酸/乙醇混合溶液体积比1:1.2~1:1.8。
5.根据权利要求1所述的用于钾硫电池正极KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料的制备方法,其特征是:步骤(1)配制钛酸四丁酯/盐酸混合溶液时,搅拌时间为10min~20min。
6.根据权利要求1所述的用于钾硫电池正极KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料的制备方法,其特征是:步骤(2)配制乙醇溶液时,搅拌时间为5min~15min。
7.根据权利要求1所述的用于钾硫电池正极KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料的制备方法,其特征是:步骤(1)中钛酸四丁酯与浓盐酸的体积比为6.8:1~8.5:1。
8.一种如权利要求1所述的KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料在制备钾硫电池正极中的应用,其特征是:
钾硫电池正极具体制备步骤是:
将KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合正极材料、导电炭黑(Super‑P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比为7:2:1,用N‑甲基吡咯烷酮(NMP)搅拌均匀调成糊状,单面涂于9μm厚铝箔表面,涂覆厚度为0.05mm,并经过50℃~90℃真空干燥,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S正极复合材料电极。
说明书 :
一种用于钾硫电池正极KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料的制
备方法及其应用
技术领域
背景技术
进市场,这种锂资源不断占据的格局让人类担忧,锂资源有可能最终被耗尽。
体系。钾硫电池在充放电过程中产生的中间产物溶解在电解液中,在浓度梯度作用下产生
“穿梭效应”,使得钾硫电池电导率的下降。目前,亟待研发出一种导电性能高,强吸附作用
的基体材料,提高电池的电化学性能。
发明内容
料结构的构筑与设计,提高导电性能和循环性能。
配制成四丁酯/盐酸/乙醇混合溶液;
℃~ 70℃烘干8h~20h;
~ 1:4称取KOH,均匀混合后,再放入马弗炉中500℃~600℃高温煅烧3h~5h;将煅烧后的
产物用去离子水清洗4~6次,再放入干燥箱中,以60℃~70℃烘干15h~22h;
~30h;经研磨,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合正极材料。
涂覆厚度为0.05mm,并经过50℃~90℃真空干燥,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S正极复合材料
电极。
TiO2孔隙的目的,进而提高对S的强吸附作用,且TiO2的高导电性,有效提高钾硫电池硫电极
的导电性能,抑制钾硫电池在充放电过程中产生的穿梭效应造成的活性物质损失,增加了
基体的循环稳定性及电导率,从而提高钾硫电池的电化学性能。
附图说明
具体实施方式
到稳定均匀的乙醇溶液;以5mL/min的速度将所述乙醇溶液滴加到钛酸四丁酯/盐酸混合溶
液中,形成溶液A;取10mL去离子水加入0.25mL浓HCl,搅拌1h,形成溶液B,将溶液A 缓慢的
加入到溶液B,再继续搅拌15h得到稳定的TiO2溶胶;在上述的TiO2溶胶中加入 0.016gV2O5,
常温搅拌均匀后,在60℃加热搅拌后放入干燥箱中,以60℃烘干8h;将烘干后的物质在马弗
炉中300℃高温煅烧2h,随后冷却取出,研磨,再经马弗炉500℃高温煅烧6h,冷却拿出后,按
照V2O5与KOH的质量比为1:3称取KOH,均匀混合后,再放入马弗炉中500℃高温煅烧3h;将煅
烧后的产物用去离子水清洗4次至上层清液变澄清,再放入干燥箱中,以 60℃烘干15h,获
得KOH修饰的TiO2/V2O5粉末。
涂覆厚度为0.05mm,并经过50℃~90℃真空干燥,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料电
极。
型扣式钾硫电池。电化学测试结果表明组装成的钾硫电池0.1C倍率下比容量可以达到
1025mAh/g,在0.2C电流密度下循环30次以后,容量保持率为原来的60.54%。
可达675mAh/g,0.5C电流密度下,电池比容量可以达到561mAh/g;在0.5C电流密度下循环
50次以后,容量保持率为原来的82.69%,在1C电流密度下循环50次以后,容量保持率为原
来的87.96%。
作用,增加了导电性能,并为电化学反应提高更多的反应活性位点,使之更快速的进行氧化
还原反应,提高硫的利用率。
得到稳定均匀的乙醇溶液;以6mL/min的速度将乙醇溶液滴加到钛酸四丁酯/盐酸混合溶液
中,形成溶液A;取10mL去离子水加入0.3mL浓HCl,搅拌1.5h,形成溶液B,将溶液A 缓慢的加
入到溶液B,再继续搅拌18h得到稳定的TiO2溶胶;在上述的TiO2溶胶中加入 0.04gV2O5,常
温搅拌均匀后,再65℃加热搅拌后放入干燥箱中,以65℃烘干15h;将烘干后的物质在马弗
炉中350℃高温煅烧3h,随后冷却取出,研磨,再经马弗炉550℃高温煅烧7h,冷却拿出后,按
照V2O5与KOH的质量比为2:1称取KOH,均匀混合后,再放入马弗炉中550℃高温煅烧3h;将煅
烧后的产物用去离子水清洗5次至上层清液变澄清,再放入干燥箱中,以 60℃烘干20h。
涂覆厚度为0.05mm,并经过50℃~90℃真空干燥,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料电
极。
池。电化学测试结果表明组装成的钾硫电池0.1C倍率下比容量可以达到720mAh/g,在0.2C
电流密度下循环30次以后,容量保持率为原来的90.91%。
到稳定均匀的乙醇溶液;以7mL/min的速度将乙醇溶液滴加到钛酸四丁酯/盐酸混合溶液
中,形成溶液A;取10mL去离子水加入0.4mL浓HCl,搅拌2h,形成溶液B,将溶液A缓慢的加入
到溶液B,再继续搅拌24h得到稳定的TiO2溶胶;在上述的TiO2溶胶中加入40gV2O5,常温搅拌
均匀后,再70℃加热搅拌后放入干燥箱中,以70℃烘干20h;将烘干后的物质在马弗炉中400
℃高温煅烧3h,随后冷却取出,研磨,再经马弗炉600℃高温煅烧8h,冷却拿出后,按照V2O5与
KOH的质量比为1:4称取KOH,均匀混合后,再放入马弗炉中600℃高温煅烧5h;将煅烧后的产
物用去离子水清洗6次至上层清液变澄清,再放入干燥箱中,以70℃烘干22h。
涂覆厚度为0.05mm,并经过50℃~90℃真空干燥,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料电
极。
池。电化学测试结果表明组装成的钾硫电池0.1C倍率下比容量可以达到672mAh/g,在0.2C
电流密度下循环30次以后,容量保持率为原来的90%。
到稳定均匀的乙醇溶液;以5mL/min的速度将所述乙醇溶液滴加到钛酸四丁酯/盐酸混合溶
液中,形成溶液A;取10mL去离子水加入0.25mL浓HCl,搅拌1h,形成溶液B,将溶液A 缓慢的
加入到溶液B,再继续搅拌15h得到稳定的TiO2溶胶;在上述的TiO2溶胶中加入 0.04gV2O5,
常温搅拌均匀后,在60℃加热搅拌后放入干燥箱中,以60℃烘干8h;将烘干后的物质在马弗
炉中300℃高温煅烧2h,随后冷却取出,研磨,再经马弗炉500℃高温煅烧6h,冷却拿出后,按
照V2O5与KOH的质量比为1:3称取KOH,均匀混合后,再放入马弗炉中500℃高温煅烧3h;将煅
烧后的产物用去离子水清洗4次至上层清液变澄清,再放入干燥箱中,以 60℃烘干15h。
涂覆厚度为0.05mm,并经过50℃~90℃真空干燥,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料电
极。
池。电化学测试结果表明组装成的钾硫电池0.1C倍率下比容量可以达到1045mAh/g,在0.2C
电流密度下循环30次以后,容量保持率为原来的94.5%。
到稳定均匀的乙醇溶液;以5mL/min的速度将所述乙醇溶液滴加到钛酸四丁酯/盐酸混合溶
液中,形成溶液A;取10mL去离子水加入0.25mL浓HCl,搅拌1h,形成溶液B,将溶液A 缓慢的
加入到溶液B,再继续搅拌15h得到稳定的TiO2溶胶;在上述的TiO2溶胶中加入 0.8gV2O5,常
温搅拌均匀后,在60℃加热搅拌后放入干燥箱中,以60℃烘干8h;将烘干后的物质在马弗炉
中300℃高温煅烧2h,随后冷却取出,研磨,再经马弗炉500℃高温煅烧6h,冷却拿出后,按照
V2O5与KOH的质量比为1:3称取KOH,均匀混合后,再放入马弗炉中500℃高温煅烧3h;将煅烧
后的产物用去离子水清洗4次至上层清液变澄清,再放入干燥箱中,以 60℃烘干15h。
涂覆厚度为0.05mm,并经过50℃~90℃真空干燥,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料电
极。
池。电化学测试结果表明组装成的钾硫电池0.1C倍率下比容量可以达到561mAh/g,在0.2C
电流密度下循环30次以后,容量保持率为原来的87.27%。
到稳定均匀的乙醇溶液;以5mL/min的速度将所述乙醇溶液滴加到钛酸四丁酯/盐酸混合溶
液中,形成溶液A;取10mL去离子水加入0.25mL浓HCl,搅拌1h,形成溶液B,将溶液A 缓慢的
加入到溶液B,再继续搅拌15h得到稳定的TiO2溶胶;在上述的TiO2溶胶中加入 1.2gV2O5,常
温搅拌均匀后,在60℃加热搅拌后放入干燥箱中,以60℃烘干8h;将烘干后的物质在马弗炉
中300℃高温煅烧2h,随后冷却取出,研磨,再经马弗炉500℃高温煅烧6h,冷却拿出后,按照
V2O5与KOH的质量比为1:3称取KOH,均匀混合后,再放入马弗炉中500℃高温煅烧3h;将煅烧
后的产物用去离子水清洗4次至上层清液变澄清,再放入干燥箱中,以 60℃烘干15h。
涂覆厚度为0.05mm,并经过50℃~90℃真空干燥,得到KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合材料电
极。
池。电化学测试结果表明组装成的钾硫电池0.1C倍率下比容量可以达到910mAh/g,在0.2C
电流密度下循环30次以后,容量保持率为原来的83.82%。
到稳定均匀的乙醇溶液;以5mL/min的速度将所述乙醇溶液滴加到钛酸四丁酯/盐酸混合溶
液中,形成溶液A;取10mL去离子水加入0.25mL浓HCl,搅拌1h,形成溶液B,将溶液A 缓慢的
加入到溶液B,再继续搅拌15h得到稳定的TiO2溶胶;在60℃加热搅拌后放入干燥箱中,以60
℃烘干8h,将烘干后的产品研磨再与硫粉按质量比1:3均匀混合后,放入真空干燥箱155℃
加热保温20h;经研磨,得到TiO2/S复合正极材料。
0.05mm,并经过50℃~90℃真空干燥,得到TiO2/S复合材料电极。
果表明组装成的钾硫电池0.1C倍率下比容量可以达到308mAh/g,在0.2C电流密度下循环30
次以后,容量保持率为原来的30.45%。
2025 型扣式钾硫电池在0.1C电流密度下,电池比容量为308mAh/g;0.2C电流密度下,电池
比容量为253mAh/g;0.5C电流密度下,电池比容量为188mAh/g,明显低于实例1‑6在相同电
流密度下的电池比容量。表明KOH修饰的TiO2/V2O5/S复合正极材料导电性能更好。
等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。