[发明专利]一种硫掺杂的K2

说明书

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种硫掺杂的K₂Ti₆O₁₃纳米线、其制备方法及应用。钛酸盐材料作为电池负极材料具有良好的安全和稳定性，与此同时，其导电性能较差，无法满足实际使用需求。针对K₂Ti₆O₁₃较差的导电性所带来的容量偏低问题，本发明提供了一种硫掺杂的K₂Ti₆O₁₃纳米线，通过硫掺杂技术可以降低带隙能的宽度，增加K₂Ti₆O₁₃纳米线的导电性，从而增加K₂Ti₆O₁₃的容量。本发明提供的方法包括水热合成K₂Ti₆O₁₃纳米材料，并通过高温煅烧硫脲与K₂Ti₆O₁₃纳米线进行硫掺杂，制备工艺简单，易于推广。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种硫掺杂的K₂Ti₆O₁₃纳米线、其制备方法及其作为电池负极材料的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

自1971年Deschanvres等人报道了尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂，LTO)的合成方法及晶体结构之后，本领域开发了其在电化学方面的应用。钛酸锂作为新型锂离子电池的负极材料具有多项优异的性能，例如：钛酸锂材料在锂离子的镶嵌及脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，晶格变化常数很小，被称为“零应变”电池材料，作为钛酸锂电池负极材料能够显著的延长钛酸锂电池的循环寿命。与传统碳负极材料相比，钛酸锂表面难以形成碳负极表面的固液层及锂枝晶等，消除了锂枝晶在电池内部造成短路的可能性，是目前安全性能最好的负极材料。

现有研究通过水热法合成了Na₂Ti₆O₁₃及K₂Ti₆O₁₃超细纳米线材料，并作为钠离子电池负极材料对其电化学性能进行了测试，结果证明K₂Ti₆O₁₃相比Na₂Ti₆O₁₃具有更大的晶胞参数和更大的通道结构，而且超细纳米线的生长方向与通道方向垂直，极大地缩短了钠离子的扩散路径，这种纳米结构的设计和三维通道结构共同赋予了K₂Ti₆O₁₃优异的电化学活性,使其表现出高比容量和优异的倍率性能。但是，发明人认为，将K₂Ti₆O₁₃真正应用于钛酸盐类电池的负极材料进行应用，仍然存在许多缺陷，如比容量相比其他金属基材料低；导电性能差，大电流放电极化比较严重，导电率低等。

发明内容

针对上述技术问题，本发明针对K₂Ti₆O₁₃纳米线作为钛酸盐电池负极材料的导电性能进行了研究，研究结果表明，通过硫掺杂的方式可以降低带隙能的宽度，增加K₂Ti₆O₁₃纳米线的导电性，从而改善K₂Ti₆O₁₃的比容问题，提高K₂Ti₆O₁₃作为电池负极材料时的电化学性能。

针对上述技术效果，本发明提供以下技术方案：