[發明專利]一種增強鈦酸鉀電極電化學性能的處理方法

在審

• 申請號: 201810790431.0
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN110739156A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 夏暉;張薇;徐璟
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/46;H01G11/86;H01M4/131;H01M4/1391;H01M10/0525;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 32203 南京理工大學專利中心
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公開了一種增強鈦酸鉀電極電化學性能的處理方法，對鈦酸鉀電極進行氬?氫混合等離子體處理，經本發明提供的氬?氫混合等離子體處理方法處理后，增加了電極中一維納米結構表面粗糙度，增大了晶格間距，降低了材料的能隙，提高了其電導率，從而有效增強鈦酸鉀納米材料的電化學性能，使之能夠更好、更廣泛的應用于超級電容、鋰離子電池、以及光電催化材料等領域。

技術領域

本發明涉及電化學電極材料領域，特別是涉及一種增強鈦酸鉀電極電化學性能的處理方法。

背景技術

伴隨著日益突出的能源匱乏的問題日，尋找廉價的儲能材料和清潔能源成為研究的熱點。Ti基材料具有成本低、應變小、無毒、化學性質穩定等優勢被廣泛應用于太陽能電池、光催化、傳感器、生物醫學等領域。但其較寬的帶隙和較差的電導率限制了在儲能器件的應用。因此，降低帶隙寬度和提高電導率有望使Ti基電極的性能得到很大提升。

鈦酸鉀是Ti基材料的一種，其工作電位低、化學性質穩定，但是其電導率低，離子擴散動力學緩慢，不適用于儲能領域。目前對于鈦酸鉀的改性方法主要有制備納米結構的鈦酸鉀，增大比表面積來增加更多的活性位點，縮短擴散距離，促進離子傳輸，提高電化學動力學(Zhang,Q.Ultrafine Potassium Titanate Nanowires:a New Ti-Based Anodefor Sodium Ion Batteries.Chem.Commun.2016,52,6229-6232.Jin Han,Exploration ofK2Ti8O17as an anode material for potassium-ion batteries.Chem.Commun.,2016,52,11274)；或者與導電性更高的材料(如石墨烯)進行復合等策略來實現電化學性能的提高。(Cheng Zeng,Confined Transformation Derived Ultrathin Titanate Nanosheets/Graphene Films for Excellent Na/K Ion Storage.Angew.Chem.10.1002/ange.201803511)。

發明內容

鑒于以上所述鈦酸鉀的缺點,本發明的目的在于提供一種簡單高效的增強鈦酸鉀電極電化學性能的處理方法,用于解決其電導率低，電化學性能差的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種增強鈦酸鉀電極電化學性能的處理方法，所述的處理方法包括以下步驟：

對制備的電極進行氣體等離子體處理，增大其層間距，引入氧空位，從而提高電極材料的導電性和電化學性能。

優選地，采用一步水熱法制備鈦酸鉀電極。

優選地，水熱反應在高壓反應釜中進行，混合溶液體積為反應釜體積的75％～85％。

優選地，水熱反應溫度為180℃～220℃，反應時間為5h～12h。

優選地，一維納米結構為納米帶或納米線結構。

優選地，等離子體處理采用的氣體為氬-氫混合氣，氣體流量為20-100sccm。

優選地，等離子體處理時，體系氣壓在20Pa，等離子體氣相沉積儀的功率為100-300W，處理時間為30-180min。

如上所述，本發明的增強鈦酸鉀電極電化學性能的處理方法，具有以下效果：1.通過采用等離子體對制備的一維結構的鈦酸鉀電極進行處理，可以在較低溫度和較短時間內引入氧空位。

2.經過本發明提供的處理方法處理后，由于等離子體的擊打作用，電極從一維納米結構變成二維納米結構，提高材料的比表面積，并且氧空位的引入降低了材料的能隙，提高材料電導率，從而可有效增強材料的電化學性能，為納米材料在超級電容器、鋰離子電池、鈉離子電池、鉀離子電池等儲能領域的性能提升提供了有效途徑。

附圖說明