【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钾离子电池，特别是涉及一种二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池因为电压高、自放电率低、体积小、重量轻、无记忆效应等独特性能被广泛应用于便携式电器以及电动汽车中，但其能量密度提升缓慢并且其成本逐渐上升，极大的限制了其进一步发展。而钾离子电池作为新型替代储能电池的一种，钾源价格便宜、含量丰富、与锂离子电池的标准还原电势最为接近因而能量密度高，且钾离子电池电解液电化学活性高有利于离子和电子的传输，因此，钾离子电池成为锂离子电池的有力替代品。
2、负极材料在电池的能量密度、循环寿命和倍率性能等方面发挥着至关重要的作用。目前，可作为钾离子电池的负极材料主要有：碳材料、过渡金属氧化物和过渡硫化物。其中，碳材料具有较低的脱嵌钾电位，容易形成枝晶造成安全隐患；过渡金属氧化物存在粒径依赖性、大尺寸可逆性差、能量效率低、容量快速衰减和倍率性能差等缺陷。过渡金属硫化物得益于多电子的电化学转化反应机制，具有较高的理论比容量。
3、过渡金属硫化物中，二硫化镍因其地球丰度高、成本低、环境友好，在大规模储能领域具有广阔的应用前景，因此成为钾离子电池负极材料的最佳候选者之一。然而，二硫化镍在充放电过程中易发生体积膨胀，导致活性材料粉碎、脱落等，造成活性材料的流失与容量的快速下降。同时，二硫化镍由于其低的电子导电率使得它在大电流充放电的情况下发生严重的极化现象，进而具有低的倍率性能等问题。此外，二硫化镍在脱嵌钾离子的过程中会产生多硫化钾中间产物，该多硫化钾容易在电解液中发生穿梭效应而造
4、现有技术中，cn116137325a公开了一种二硫化镍/双相二氧化钛/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用。所述复合材料中的二氧化钛作为缓冲层减缓二硫化镍在储锂过程中的体积膨胀，对充放电过程产生的多硫化物也具有一定化学吸附作用，从而延长电极寿命，碳纳米管构建的外部三维网络促进了电子的快速传输，提供的大比表面积也有利于电解液的浸润与离子交换。但制得的复合材料呈现破碎状的蛋黄壳结构，外面的壳并不能很好的对里面的核起到保护作用，因此其电化学性能较差。
5、因此，如何对二硫化镍进行改性制备二硫化镍电极材料，可同时提升其作为钾离子电池负极材料的循环稳定性以及倍率性能是急需解决的问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料及其制备方法和应用。本专利技术通过镍源、弱碱和纳米二氧化钛分散液混合，经水热反应后得ni(oh)2/tio2复合材料，再将其与盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷混合后反应，得ni(oh)2/tio2/多巴胺聚合物复合材料，将其与硫粉混合后经热处理，即得nis2/tio2/碳复合材料。所述nis2/tio2/碳复合材料呈现由纳米针组成的多孔球形结构，所述纳米针为纳米二硫化镍和纳米二氧化钛密封于氮掺杂的碳层里所形成的。由于该复合物独特的多孔结构、氮掺杂碳包覆层优越的导电性、纳米二硫化镍自身的小尺寸以及纳米二氧化钛对多硫化钾的极性吸附特性，作为钾离子电池负极材料时，该复合材料表现出优异的储钾性能。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一方面，提供了一种二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）将镍源和弱碱混合后加入至纳米二氧化钛分散液中，搅拌，得混合溶液，将混合溶液进行水热反应，待反应结束后，收集沉淀物并洗涤、干燥，即得氢氧化镍/二氧化钛复合材料；
5、（2）将氢氧化镍/二氧化钛复合材料分散至去离子水中，得到氢氧化镍/二氧化钛溶液，将盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷混合后加入至氢氧化镍/二氧化钛溶液中，搅拌后，得反应产物，过滤反应产物，取沉淀并洗涤、干燥，得氢氧化镍/二氧化钛/多巴胺聚合物复合材料；
6、（3）将氢氧化镍/二氧化钛/多巴胺聚合物复合材料和硫粉混合后，置于惰性气氛中进行热处理，即得二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料。
7、优选的，步骤（1）中，所述纳米二氧化钛分散液是由纳米二氧化钛和去离子水按（0.15-0.25）g：60ml的料液比混合制得的。
8、优选的，步骤（1）中，所述镍源为六水合硝酸镍、六水合氯化镍、六水合硫酸镍中的一种。
9、优选的，步骤（1）中，所述弱碱为尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠中的一种。
10、优选的，步骤（1）中，所述镍源、弱碱和纳米二氧化钛分散液中的纳米二氧化钛的加入量比值为（0.5-2）mmol：（10-50）mmol：（0.15-0.25）g。
11、优选的，步骤（1）中，水热反应温度为80-200℃，水热反应时间为10-18h。
12、优选的，步骤（2）中，所述氢氧化镍/二氧化钛溶液中，氢氧化镍/二氧化钛复合材料和去离子水的料液比为0.2g：300ml。
13、优选的，步骤（2）中，盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷和氢氧化镍/二氧化钛溶液中的氢氧化镍/二氧化钛复合材料的加入量比为（0.5-1.5）mmol：（0.2-1）mmol：0.2g。
14、优选的，步骤（2）中，搅拌时间为10-14h。
15、优选的，步骤（3）中，氢氧化镍/二氧化钛/多巴胺聚合物复合材料和硫粉的质量比为1：（1-10）。
16、优选的，步骤（3）中，所述惰性气氛为氩气气氛。
17、优选的，步骤（3）中，热处理操作为：以2-10℃/min的升温速率升温至400-800℃，并保温处理1-6h。
18、本专利技术的第二方面，提供了一种二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料。
19、优选的，所述二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料呈由纳米针组成的多孔球形结构，所述纳米针为纳米二硫化镍和纳米二氧化钛密封于于氮原子掺杂的碳层里所形成的。
20、优选的，所述纳米二硫化镍的颗粒尺寸为20-50nm，所述纳米二氧化钛的颗粒尺寸为5-10nm。
21、本专利技术的第三方面，提供了一种二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料在制备钾离子电池负极材料中的应用。
22、优选的，所述钾离子电池负极材料由如下方法制备而成：将二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料、乙炔黑、羧甲基纤维素钠按质量比为8：1：1混合后，添加到去离子水中搅拌均匀后涂覆于铜箔上，然后置于80℃下真空干燥12h，即得钠离子电池负极材料。
23、进一步优选的，所述铜箔的厚度为25μm。
24、本专利技术的有益效果：
25、本专利技术通过镍源、弱碱和纳米二氧化钛分散液混合，经水热反应后得ni(oh)2/tio2复合材料，再将其与盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷混合后反应，得ni(oh)2/tio2/多巴胺聚合物复合材料，将其与硫粉混合后经热处理，即得nis2/tio2/c复合材料。所述nis2/tio2/碳复合材料呈现由本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述纳米二氧化钛分散液是由纳米二氧化钛和去离子水按（0.15-0.25）g：60mL的料液比混合制得的。
3.如权利要求1所述的二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述镍源为六水合硝酸镍、六水合氯化镍、六水合硫酸镍中的一种，所述弱碱为尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠中的一种。
4.如权利要求1所述的二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述镍源、弱碱和纳米二氧化钛分散液中纳米二氧化钛的加入量比值为（0.5-2）mmol：（10-50）mmol：（0.15-0.25）g，水热反应温度为80-200℃，水热反应时间为10-18h。
5.如权利要求1所述的二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述氢氧化镍/二氧化钛溶液中，氢氧化镍/二氧化钛复合材料和去离子水的料液比为0.2g：300mL。
<...【技术特征摘要】
1.一种二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述纳米二氧化钛分散液是由纳米二氧化钛和去离子水按（0.15-0.25）g：60ml的料液比混合制得的。
3.如权利要求1所述的二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述镍源为六水合硝酸镍、六水合氯化镍、六水合硫酸镍中的一种，所述弱碱为尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠中的一种。
4.如权利要求1所述的二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述镍源、弱碱和纳米二氧化钛分散液中纳米二氧化钛的加入量比值为（0.5-2）mmol：（10-50）mmol：（0.15-0.25）g，水热反应温度为80-200℃，水热反应时间为10-18h。
5.如权利要求1所述的二硫化镍/二氧化钛/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述氢氧化镍/二氧化钛溶液中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹金鹏，李强，谢冬柏，张庆荣，张杰，孔冬青，王冠琴，李创，
申请(专利权)人：潍坊科技学院，
类型：发明
国别省市：
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