CN111276734B - 一种传导钾离子的固态电解质、制备方法及钾固态电池 - Google Patents

一种传导钾离子的固态电解质、制备方法及钾固态电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种传导钾离子的固态电解质、制备方法及钾固态电池，所述固态电解质的化学表达式为：
Figure DDA0001893186900000011
其中，0<x<2。本发明中，由于K为层间碱金属离子，Mg作为高价阳离子进行掺杂，使得固态电解质晶格中产生大量的空位，增加了钾离子的传输通道，降低了钾离子扩散所需的活化能，从而提高了电解质的离子导电能力，有利于提高电池的能量密度，为钾固态电池的制备提供了必要条件，同时，与现有技术中的液态电解质相比大大提高了电池的安全性。

Description

一种传导钾离子的固态电解质、制备方法及钾固态电池
技术领域
本发明涉及固态电解质技术领域，具体而言，涉及一种传导钾离子的固态电解质及其制备方法。
背景技术
21世纪以来，锂离子电池已经成为我们生活的一部分，但是，锂元素号称“稀有金属”，在地壳中的含量约为0.0065％。随着电动汽车等动力系统的发展，人们对二次电池的需求也从小型电子设备向高能量密度、大功率的需求迈进。然而，稀缺的锂资源使得未来的锂离子电池成本不断上升，已有研究者指出如果将来电动车和混合电动车大量应用锂离子电池，这将需要100-500倍于目前可移动锂电应用的含锂材料。这些因素都将限制未来锂电在动力车及大规模能量储存电网系统等方向的发展。从降低材料成本的角度来看，发展新型的可替代锂离子电池的储能体系非常重要。
作为和锂处于同一主族的钾元素与锂存在很多相似的性质，在地壳中的含量为2.47％，远比锂资源丰富，且分布广泛，容易获取。因此，相对于稀缺的锂元素，钾元素含量丰富。因此，发展钾电池是一个非常有前景的研究工作。然而目前的研究工作仅限于钾液态电池的研究，对钾固态电池的研究很少，并且钾液态电池能量密度低，液态电解质容易发生泄漏，存在较大的安全隐患。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种传导钾离子的固态电解质、制备方法及钾固态电池，旨在解决现有钾液态电池能量密度低，并且液态电解质容易泄漏而导致安全隐患的问题。
本发明第一方面提出了一种传导钾离子的固态电解质，所述固态电解质的化学表达式为：
Figure BDA0001893186880000011
其中，0<x<2。优选的，0.3<x<0.5。
进一步地，上述传导钾离子的固态电解质中，钛酸镁钾
Figure BDA0001893186880000021
为层状纤铁矿钛酸盐，其中，Mg为2价金属，占据主层的八面体位置，主层的晶体结构由共棱和共顶角的[MgO2]八面体连接而成，K+为层间碱金属离子，Mg2+作为高价阳离子掺入其中，使得晶格中产生大量的空位。
本发明第一方面提供的传导钾离子的固态电解质，由于K为层间碱金属离子，Mg作为高价阳离子进行掺杂，使得固态电解质晶格中产生大量的空位，增加了钾离子的传输通道，降低了钾离子扩散所需的活化能，从而提高了电解质的离子导电能力，有利于提高电池的能量密度，为钾固态电池的制备提供了必要条件，同时，与现有技术中的液态电解质相比大大提高了电池的安全性。
本发明第二方面提供了一种钾固态电池，其利用上述传导钾离子的固态电解质制成。
由于上述传导钾离子的固态电解质具有较高的离子导电能力，因此，具有该固态电解质的钾固态电池的能量密度得到了较大的提高。
本发明第三方面提供了一种传导钾离子的固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)，称取一定量的含钾化合物A、钛酸钾、钛酸镁和含镁化合物B进行混合；
步骤(2)，向所述步骤(1)中的混合物中加入适量溶剂，研磨一段时间后得到混合粉，并对所述混合粉依次进行干燥和初次烧结处理。
进一步地，上述传导钾离子的固态电解质的制备方法中，还可以包括：步骤(3)，将所述步骤(2)中得到的初次烧结产物冷却到室温之后，进行研磨、成型操作，然后再将其进行二次烧结，得到固态电解质钛酸镁钾。
进一步地，上述传导钾离子的固态电解质的制备方法中，所述步骤(1)中，含钾化合物A、钛酸钾、钛酸镁和含镁化合物B的摩尔比为(0.1-0.2):(0.05-0.1):(0.05-0.1):(0.1-0.2)。
进一步地，上述传导钾离子的固态电解质的制备方法中，所述含钾化合物A为碳酸钾或氢氧化钾中的至少一种。
进一步地，上述传导钾离子的固态电解质的制备方法中，所述含镁化合物B包括：氧化镁、氢氧化镁和碳酸镁中的一种或多种。
进一步地，上述传导钾离子的固态电解质的制备方法中，所述步骤(2)中，所述混合物与所述溶剂的料液比为1:(2-4)。
进一步地，上述传导钾离子的固态电解质的制备方法中，所述步骤(2)中，对所述混合粉进行干燥的温度为60-80℃，干燥的时间为10-20h；所述步骤(2)中，对所述混合粉进行初次烧结的温度为1000-1400℃，初次烧结的保温时间为2-6h。
进一步地，上述传导钾离子的固态电解质的制备方法中，所述步骤(3)中，对所述初次烧结产物进行二次烧结的温度为800-1000℃，二次烧结的保温时间为2-6h。
本发明第三方面提供的传导钾离子的固态电解质的制备方法，通过将钛酸钾、钛酸镁与含钾化合物A及含镁化合物B混合后，在溶剂中进行溶解并研磨得到混合粉后，进行干燥和烧结处理，即可得到固态电解质。原料易得、工艺简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备的钛酸镁钾的X射线衍射图谱；
图2为本发明实施例1中制备的钛酸镁钾固态电解质在60℃时的电化学阻抗谱。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也视为本发明的保护范围。
本发明第一方面提出了一种传导钾离子的固态电解质，所述固态电解质的化学表达式为：
Figure BDA0001893186880000031
其中，0<x<2。优选的，0.3<x<0.5。钛酸镁钾为层状纤铁矿钛酸盐，其中，Mg为2价金属，占据主层的八面体位置，主层的晶体结构由共棱和共顶角的[MgO2]八面体连接而成，K+为层间碱金属离子，Mg2+作为高价阳离子掺入其中，使得晶格中产生大量的空位。
本发明第一方面提供的传导钾离子的固态电解质，由于K为层间碱金属离子，Mg作为高价阳离子进行掺杂，使得固态电解质晶格中产生大量的空位，增加了钾离子的传输通道，降低了钾离子扩散所需的活化能，从而提高了电解质的离子导电能力，有利于提高电池的能量密度，为钾固态电池的制备提供了必要条件，同时，与现有技术中的液态电解质相比大大提高了电池的安全性。
本发明第二方面提供了一种钾固态电池，其利用上述传导钾离子的固态电解质制成。
具体而言，钾固态电池可以包括正极活性材料、负极活性材料以及位于正极活性材料和所述负极活性材料之间的上述固态电解质。由于上述传导钾离子的固态电解质具有较高的离子导电能力，因此，具有该固态电解质的钾固态电池的能量密度得到了较大的提高。
本发明第三方面提供了一种传导钾离子的固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)，称取一定量的含钾化合物A、钛酸钾、钛酸镁和含镁化合物B进行混合。
具体而言，含钾化合物A可以为碳酸钾或氢氧化钾中的至少一种。含镁化合物B可以包括：氧化镁、氢氧化镁和碳酸镁中的一种或多种。例如含钾化合物A可以为无水碳酸钾，也可以为氢氧化钾和无水碳酸钾的混合物。需要说明的是，本发明实施例中所说的含钾化合物A以及含镁化合物B不单指具有确定分子式的纯净物，还包括不同化合物混合后的组合物。
具体实施时，含钾化合物A、钛酸钾、钛酸镁和含镁化合物B的摩尔比为(0.1-0.2):(0.05-0.1):(0.05-0.1):(0.1-0.2)。例如可以为四种物质的摩尔比可以为0.1:0.05:0.05:0.1、0.15:0.05:0.1:0.15、0.2:0.1:0.05:0.2。
步骤(2)，向所述步骤(1)中的混合物中加入适量溶剂，研磨一段时间后得到混合粉，并对所述混合粉依次进行干燥和初次烧结处理。
具体而言，步骤(2)中的溶剂可以为无水乙醇、甲醇和丙醇等。优选的，以无水乙醇作为溶剂，便于后续的清洗和干燥，且不引入杂质。
具体实施时，可以采用球磨的方式对混合物进行研磨，以使四种原料混合均匀。为了防止球磨过程中物料从球磨罐中溢出，溶剂与物料混合后的体积不超出球磨罐体积的三分之二即可。其中，混合物与所述溶剂的料液比可以优选为1:(2-4)；优选为1:3。
对加入溶剂的混合物进行球磨处理的转速为200-400r/min，优选为300-400r/min；球磨时间为4-8h，优选为6-8h。
在对混合粉进行干燥前，需要对其进行过滤，以除去杂质，对所述混合粉进行干燥的温度为60-80℃，例如可以为60-75℃、75-80℃；优选为60-75℃，例如60-70℃、70-75℃；干燥的时间为10-20h，优选为10-15h。
在对混合粉进行初次烧结前，需要对干燥好的混合粉进行研磨压片。对所述混合粉进行初次烧结的温度为1000-1400℃，例如1000-1300℃，1300-1400℃；优选为1000-1300℃，例如1000-1200℃；初次烧结的保温时间为2-6h，优选为2-4h。
以原料组成包括碳酸钾、钛酸钾、钛酸镁和氧化镁为例，在1000-1400℃下，碳酸钾首先发生分解生成氧化钾，氧化钾和钛酸钾组成液相基质，包围在钛酸镁和氧化镁的四周，钛酸镁和氧化镁开始在液相基质中发生溶解，同时镁原子和钛原子向四周发生扩散，而钛酸镁和氧化镁本身又可以作为钛酸镁钾的生长单元，钾原子、钛原子、镁原子和氧原子在向其扩散的过程中形成浓度梯度，当四者的浓度达到钛酸镁钾的化学计量比时，就在该处形成一定形式的钛酸镁钾
Figure BDA0001893186880000051
进一步的，本发明实施例还可以包括：步骤(3)，将所述步骤(2)中得到的初次烧结产物冷却到室温之后，进行研磨、成型操作，然后再将其进行二次烧结，得到固态电解质钛酸镁钾。
具体而言，将对初次烧结产物冷却到室温之后进行研磨并将其压制成薄片，使得钛酸镁钾主相的成分更加稳定，层状结构更加密实，减少了结构中孔隙的存在，增加了固态电解质的致密度。
具体实施时，所述步骤(3)中，对所述初次烧结产物进行二次烧结的温度为800-1000℃，优选为800-950℃，例如800-900℃、900-950℃；二次烧结的保温时间为2-6h，优选为2-5h。
本发明第二方面提供的传导钾离子的固态电解质的制备方法，通过将钛酸钾、钛酸镁与含钾化合物A及含镁化合物B混合后，在溶剂中进行溶解并研磨得到混合粉后，进行干燥和烧结处理，即可得到固态电解质。原料易得、工艺简单，易于实现。
下面通过几个具体的实施例对本发明的传导钾离子的固态电解质及其制备方法进行说明。
实施例1
步骤1：依次称取0.1mol无水碳酸钾、0.05mol钛酸钾、0.05mol钛酸镁和0.1mol氧化镁于球磨罐中进行混合；
步骤2，向球磨罐中倒入适量无水乙醇后开始球磨，球磨转速设置为200r/min，球磨时间设置为4h；将混合球磨得到的混合粉料过滤之后倒入大烧杯中，在60℃的干燥箱中干燥10h；将混合粉压制成直径为20mm的圆片，放入1200℃的电阻炉中烧结2h；
步骤3，将步骤2得到的材料用研钵进行研磨至粉末状，再次压制成直径为20mm的圆片，放入900℃的电阻炉中二次烧结2h，得到固态电解质钛酸镁钾。
实施例2
步骤1：依次称取0.15mol无水碳酸钾、0.05mol钛酸钾、0.1mol钛酸镁和0.15mol氧化镁于球磨罐中进行混合；
步骤2，向球磨罐中倒入适量无水乙醇后开始球磨，球磨转速设置为300r/min，球磨时间设置为6h；将混合球磨得到的混合粉料过滤之后倒入大烧杯中，在70℃的干燥箱中干燥15h；将混合粉压制成直径为20mm的圆片，放入1000℃的电阻炉中烧结4h；
步骤3，将步骤2得到的材料用研钵进行研磨至粉末状，再次压制成直径为20mm的圆片，放入800℃的电阻炉中二次烧结4h，得到固态电解质钛酸镁钾。
将制得的钛酸镁钾的离子电导率采用电化学阻抗法(EIS)测量得到，测试采用阻塞电极对称电池，离子电导率σ按下式计算：σ＝d/Re×S。
实施例3
步骤1：依次称取0.2mol无水碳酸钾、0.1mol钛酸钾、0.05mol钛酸镁和0.2mol氧化镁于球磨罐中进行混合；
步骤2，向球磨罐中倒入适量无水乙醇后开始球磨，球磨转速设置为400r/min，球磨时间设置为8h；将混合球磨得到的混合粉料过滤之后倒入大烧杯中，在80℃的干燥箱中干燥20h；将混合粉压制成直径为20mm的圆片，放入1400℃的电阻炉中烧结6h；
步骤3，将步骤2得到的材料用研钵进行研磨至粉末状，再次压制成直径为20mm的圆片，放入1000℃的电阻炉中二次烧结6h，得到固态电解质钛酸镁钾。
为了验证实施例中制备的固态电解质的成分，对实施例1中的产物进行XRD测试，由图1可得，实施例1得到的钛酸镁钾的主要物相成分为K0.8Mg0.4Ti1.6O4。
实施例4
步骤1：依次称取0.2mol无水碳酸钾和氢氧化钾的混合物、0.08mol钛酸钾、0.06mol钛酸镁和0.1mol氢氧化镁于球磨罐中进行混合；
步骤2，向球磨罐中倒入适量无水乙醇后开始球磨，球磨转速设置为300r/min，球磨时间设置为7h；将混合球磨得到的混合粉料过滤之后倒入大烧杯中，在75℃的干燥箱中干燥20h；将混合粉压制成直径为20mm的圆片，放入1400℃的电阻炉中烧结6h；
步骤3，将步骤2得到的材料用研钵进行研磨至粉末状，再次压制成直径为20mm的圆片，放入950℃的电阻炉中二次烧结6h，得到固态电解质钛酸镁钾。
实施例5
步骤1：依次称取0.18mol氢氧化钾、0.05mol钛酸钾、0.05mol钛酸镁和0.1mol钛酸镁于球磨罐中进行混合；
步骤2，向球磨罐中倒入适量无水乙醇后开始球磨，球磨转速设置为400r/min，球磨时间设置为8h；将混合球磨得到的混合粉料过滤之后倒入大烧杯中，在65℃的干燥箱中干燥16h；将混合粉压制成直径为20mm的圆片，放入1300℃的电阻炉中烧结3h；
步骤3，将步骤2得到的材料用研钵进行研磨至粉末状，再次压制成直径为20mm的圆片，放入800℃的电阻炉中二次烧结5h，得到固态电解质钛酸镁钾。
为了验证实施例中制备的固态电解质的成分，对实施例1中的产物进行XRD测试，由图1可得，实施例1得到的钛酸镁钾的主要物相成分为K0.8Mg0.4Ti1.6O4。
为了验证实施例中制备的固态电解质的成分，对实施例1中的产物进行XRD测试，由图1可得，实施例1得到的钛酸镁钾的主要物相成分为K0.8Mg0.4Ti1.6O4。
为了计算的钛酸镁钾的离子电导率，采用电化学阻抗法(EIS)测量得到相关参数，测试时采用阻塞电极对称电池，片状固态电解质的离子电导率σ按下式计算：σ＝d/Re×S。其中，d为固态电解质的厚度，S为电极的有效面积，Re为固态电解质的本体阻抗。
如图2所示，实施例1得到的钛酸镁钾在室温下的电导率近乎为0，在60℃时,Re＝1300ohm,d＝2mm,S＝254.34mm2的电导率为为3.9×10-5s/cm。而一般当电解质的电导率达到10-6s/cm左右时便可应用于钾液态离子电池的制备，而实施例1所制备的固态电解质的电导率达到了10-5s/cm左右，因此可应用于钾固态电池制备。
同样的计算方法，可以得出，实施例2在室温下的电导率近乎为0，在60℃时的电导率为为8×10-6S/cm。
同样的计算方法，可以得出，实施例3在室温下的电导率近乎为0，在60℃时的电导率为为1.4×10-5S/cm。
同样的计算方法，可以得出，实施例4在室温下的电导率近乎为0，在60℃时的电导率为为2×10-5S/cm。
同样的计算方法，可以得出，实施例5在室温下的电导率近乎为0，在60℃时的电导率为为8.6×10-6S/cm。
综上，本发明实施例制备的传导钾离子的固态电解质具有较高的离子导电能力，有利于提高电池的能量密度，为钾固态电池的制备提供了必要条件。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种传导钾离子的固态电解质，其特征在于，所述固态电解质的化学表达式为：K1-1/2xMgxTi2-xO4；其中，0.3<x<0.5；所述K1-1/2xMgxTi2-xO4为层状纤铁矿钛酸盐，其中，Mg占据主层的八面体位置，主层的晶体结构由共棱和共顶角的[MgO2]八面体连接而成，K+为层间碱金属离子，Mg2+作为阳离子的掺杂，使得晶格中产生大量的空位；
固体电解质的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)，称取一定量的含钾化合物A、钛酸钾、钛酸镁和含镁化合物B进行混合；含钾化合物A、钛酸钾、钛酸镁和含镁化合物B的摩尔比为(0.1-0.2):(0.05-0.1):(0.05-0.1):(0.1-0.2)；所述含钾化合物A为碳酸钾或氢氧化钾中的至少一种；所述含镁化合物B包括：氧化镁、氢氧化镁和碳酸镁中的一种或多种；
步骤(2)，向所述步骤(1)中的混合物中加入适量溶剂，研磨一段时间后得到混合粉，并对所述混合粉依次进行干燥和初次烧结处理，初次烧结的温度为1000-1400℃；
步骤(3)，将所述步骤(2)中得到的初次烧结产物冷却到室温之后，进行研磨、成型操作，然后再将其进行二次烧结，二次烧结的温度为800-1000℃，得到固态电解质钛酸镁钾。
2.一种利用如权利要求1所述的传导钾离子的固态电解质制备的钾固态电池。
3.一种如权利要求1至2中任一项所述的传导钾离子的固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，称取一定量的含钾化合物A、钛酸钾、钛酸镁和含镁化合物B进行混合；含钾化合物A、钛酸钾、钛酸镁和含镁化合物B的摩尔比为(0.1-0.2):(0.05-0.1):(0.05-0.1):(0.1-0.2)；所述含钾化合物A为碳酸钾或氢氧化钾中的至少一种；所述含镁化合物B包括：氧化镁、氢氧化镁和碳酸镁中的一种或多种；
步骤(2)，向所述步骤(1)中的混合物中加入适量溶剂，研磨一段时间后得到混合粉，并对所述混合粉依次进行干燥和初次烧结处理，初次烧结的温度为1000-1400℃；
将所述步骤(2)中得到的初次烧结产物冷却到室温之后，进行研磨、成型操作，然后再将其进行二次烧结，二次烧结的温度为800-1000℃，得到固态电解质钛酸镁钾。
4.根据权利要求3所述的传导钾离子的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述混合物与所述溶剂的料液比为1:(2-4)。
5.根据权利要求3所述的传导钾离子的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对所述混合粉进行干燥的温度为60-80℃，干燥的时间为10-20h；
所述步骤(2)中，初次烧结的保温时间为2-6h。
6.根据权利要求5所述的传导钾离子的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，二次烧结的保温时间为2-6h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115051026A (zh) * 2022-07-04 2022-09-13 湖南大学 一种新型钾离子固体电解质材料及其制备方法与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105609871A (zh) * 2016-01-22 2016-05-25 昆明理工大学 一种nasicon结构钠离子固体电解质的制备方法
CN106927815A (zh) * 2017-04-07 2017-07-07 桂林理工大学 钛酸盐固体电解质及其制备方法
CN107601553A (zh) * 2017-09-12 2018-01-19 南京工业大学 一种功能型钛酸钾镁及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5942205A (en) * 1995-06-14 1999-08-24 Otsuka Kagaku Kabushiki Kaisha Titanate whiskers and process for their preparation
DE60117599T2 (de) * 2000-07-31 2006-11-09 Otsuka Chemical Co., Ltd. Kaliummagnesiumtitanate vom lepidocrosittyp, verfahren zur herstellung desselben und reibungsmaterial
CN102230223B (zh) * 2011-06-16 2013-12-18 申偲伯 一种直接利用氧化镁制备钛酸钾镁的方法
CN104944985B (zh) * 2015-06-23 2017-03-08 武汉科技大学 高强度低导热系数陶瓷纤维隔热材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105609871A (zh) * 2016-01-22 2016-05-25 昆明理工大学 一种nasicon结构钠离子固体电解质的制备方法
CN106927815A (zh) * 2017-04-07 2017-07-07 桂林理工大学 钛酸盐固体电解质及其制备方法
CN107601553A (zh) * 2017-09-12 2018-01-19 南京工业大学 一种功能型钛酸钾镁及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
任仁.浅谈固体电解质及其应用——兼议如何正确定义电解质.《大学化学》.1995,第10卷(第3期), *
浅谈固体电解质及其应用——兼议如何正确定义电解质;任仁;《大学化学》;19950630;第10卷(第3期);第11-16页 *
片状钛酸镁钾的制备及其处理溶液中铜离子的研究;宋旎;《工程科技Ⅰ辑》;20140515;第11-16页，26-27页 *

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