钛酸钾负极材料的制备及其储能性能的研究
能源技术的不断更新要求大力发展新型电化学储能系统，LIBs的发展受到成本及安全问题的限制，PIBs和SIBs由于资源丰度和环境友好已引起了人们的广泛关注，为了发展高能量密度的电池储能系统，寻求适宜的电极材料已迫在眉睫。由于制备工艺成本低、并且对环境没有危害性，钛酸钾材料已有望成为钾离子电池热门的候选负极材料之一。本论文以钛酸四丁酯为钛源，甲醇钾为钾源，采用水热法结合高温固相法合成制备了不同晶相结构的钛酸钾材料，经过系列表征手段，研究制备工艺对钛酸钾材料的晶相结构、形貌和电化学性能的影响规律，为高性能钛酸钾电极材料的研究开发提供了数据依据。 采用P123/F127辅助水热法制备了钛酸钾样品。不同水热温度合成出的样品为具有隧道型结构的K2Ti6O13，呈现为卷曲楔形纳米片状。当水热温度从160℃升至220℃，纳米片的卷曲度减小，长宽比增大。在160℃水热合成的钛酸钾样品由于具有团簇卷曲状的纳米片形貌，比表面积最大，所以具有最高的电化学性能，应用于PIBs时，在20mAg-1下的充电比容量为82.4mAhg-1，应用于SIBs时，充电比容量为97.5mAhg-1。 通过水热法结合高温煅烧法制备了具有不同晶相结构的钛酸钾。经表征分析，随着煅烧温度的升高，在500℃～700℃发生了晶相转变，样品由隧道型结构转变为层状结构，在500℃以下煅烧为隧道型结构的K2Ti8O17，呈现出纳米片状，在700℃以上煅烧为层状K2Ti4O9，表现为纳米棒状。从300℃到900℃，样品的比表面积和孔体积都减小。具有不同晶相结构的钛酸钾表现出不同的储能性能，在300℃煅烧得到的钛酸钾样品电化学性能最佳，在20mAg-1下呈现出103.1mAhg-1的储钾容量和112.1mAhg-1的储钠容量。 采用溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备了钛酸钾样品，就不同的钾钛含量和煅烧温度对钛酸钾样品造成的影响进行探究。随着钾含量的增高，样品更光滑，直径变小。随着煅烧温度的升高，材料的微观尺寸不断变大。经发现，K/Ti=0.5，900℃煅烧的样品具有最好的结晶性，为层状K2Ti4O9，呈现出四方纳米棒状形貌，并且电化学性能最佳，在20mAg-1下，表现出58.4mAhg-1的储钾容量和115.2mAhg-1的储钠容量。
钾离子电池;钛酸钾;负极材料;纳米片;储能性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
杨儒
2021
中文
TM912.9
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）