[发明专利]化学预嵌入型钠/钾离子电池钛基正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种化学预嵌入型钠钾离子电池钛基正极材料，所述钛基正极材料为具有二维层状结构的钛基材料，在所述二维层状结构的钛基材料层间嵌入有碱金属离子，该材料通过将碱金属离子会嵌入钛基材料层间，预先打通离子运输通道，实现离子支撑作用，从而构筑了具有高速、稳定离子运输通道的插层电极，提高了电极材料离子运输能力。

技术领域

本发明一般涉及蓄电池正极材料技术领域，具体涉及化学预嵌入型钠钾离子电池钛基正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子技术面临着一些挑战，其中最为严重的一个原因是地球上锂资源的丰度相对较低，地理分布不均，制约了锂作为全球电动汽车产业的战略材料的可行性。

钠/钾离子电池等其他二次电池近年来受到广泛关注，但目前钠/钾离子电池的性能不尽如人意，因此寻找大容量、高速稳定的电极材料成为关键。二维层状材料具有独特的层状结构，能够可逆地嵌入和脱出碱金属离子，TiS₂作为一种典型的二维层状过渡金属硫化物，具有理论容量高、导电能力强、嵌脱性能好等优点，是最早的二次电池电极材料之一。

虽然钛基二维层状材料具有独特的结构优势，但是在长周期的循环过程中，碱金属离子的反复嵌脱对层状结构造成了不可逆的破坏，电池的循环稳定性不佳，而首次充放电过程中部分离子的不可逆嵌脱导致了较低的库伦效率。因此，加强材料的结构稳定性，提高材料的循环性能，对钠/钾离子电池的应用具有重要意义，因此寻找合适的方法解决问题成为关键。

发明内容

鉴于上述的问题，本申请提供了化学预嵌入型钠钾离子电池钛基正极材料，用以解决钛基二维层状电极材料存在的库伦效率低，循环稳定性差的问题，通过在钛基二维层状电极材料层间预嵌入碱金属离子，离子在层间起支撑作用，加强层状材料的结构稳定性，从而提高了离子运输能力。

本发明提供一种化学预嵌入型钠钾离子电池钛基正极材料，所述钛基正极材料为具有二维层状结构的钛基材料，在所述二维层状结构的钛基材料层间嵌入有碱金属离子。

进一步地，所述钛基正极材料为微米结构的颗粒，颗粒大小在10-20 μm之间。

进一步地，所述钛基材料包括TiS₂，所述碱金属离子包括K⁺、Na⁺中的任意一种。

进一步地，本发明还提供制备上述化学预嵌入型钠钾离子电池钛基正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备具有二维层状结构的钛基材料；

步骤二、制备含碱金属离子的萘酸盐溶液；

步骤三、将具有二维层状结构的钛基材料加入含碱金属离子的萘酸盐溶液中，并在氩气气氛中反应；

步骤四、将步骤三中反应制得的产物使用四氢呋喃清洗。

进一步地，所述二维层状结构的钛基材料为微米结构的颗粒，颗粒的粒径为D，其中10μm≤D≤20 μm。

进一步地，所述二维层状结构的钛基材料为TiS_2，所述制备具有二维层状结构的钛基材料包括：将一定比例的钛粉和硫粉放入真空容器中密封，660 ℃煅烧48 h，得到TiS₂粉末。

进一步地，本发明还提供一种化学预嵌入型钠钾离子电池钛基正极材料的应用，用于制备电池正极工作正极，包括以下步骤：

步骤一、将所述钛基正极材料、导电剂和粘结剂按7：2：1均匀混合，并加去离子水进行搅拌，以制得电极浆料；

步骤二、将制得的电极浆料均匀涂覆在铜箔上，待其干燥后将铜箔置于120 ℃的真空环境中干燥12 h，除去水分；

步骤三、将铜箔压实，使活性材料与集流体紧密接触，然后将铜箔按照电极形状及尺寸进行裁剪。

进一步地，所述导电剂为乙炔黑，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠。