一种电解液处理的实验室用金属钾片的制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及钾离子电池技术领域，尤其是一种电解液处理的实验室用金属钾片的制备方法及其应用。


背景技术：

2.自日本索尼公司于1990年成功开发锂离子电池以来，经过几十年来的高速发展，锂离子电池早已经步入一个稳步发展时期。近年来，随着便携式电子产品、储能设备和电动/混合动力汽车的逐步兴起，更加高能量密度、长循环寿命和环境相容性的能量存储和转换设备已经开始被人们提及。然而，锂离子电池却是受到锂资源储量不足，全球分布不均这些因素的制约，无法满足未来人们日益增多的能量的需求。
3.钾离子电池被认为是最具潜力的锂离子电池的替代品，近年来备受科研工作者的关注。一方面，钾具有类似于锂的物理/化学性质，同时钾离子电池还被认为有着一个类似于锂离子电池的“摇椅存储机理”，这为钾离子电池的研究提供了一个很好的基础。而且，钾资源地壳储量丰富，钾离子与锂离子的相对比为：k/li=23000ppm/20ppm，钾元素以盐的形式广泛分布于陆地和海洋之中，全球主要的经济体都有重要的钾盐矿存在，其价格低廉，有望成为下一代的大规模储能设备。再者，钾有类似于锂的氧化还原电位，且钾也可以电化学的从石墨层中嵌入/脱出，形成石墨插层化合物。安全性方面，由于钾的钾化电位（0.2v vs. k

/k）要更高于锂（0.1v vs. li

/li），所以也认为钾离子电池具有更高的安全性。
4.然而，目前钾离子电池还是处在一个基础的研究阶段，其发展仍受到多重因素的制约。其中，由于钾的化学性质极度活泼，且金属钾质软性粘，不易加工，故现有的金属钾片制备工艺很难满足未来钾离子电池产业化的需求。目前试验人员也多是现制现用，制片困难，且质量不高，耗时费劲。制备的金属钾片的规格，大小，厚度也很难统一，这极大限制了钾离子电池的科学研究以及市场化应用。
5.因此，目前急需一种简单便捷、高效可行、且可长期保存的金属钾片制备方法，以满足未来钾离子电池的科研需求和市场应用。


技术实现要素：

6.本发明需要解决的技术问题是提供一种电解液处理的实验室用金属钾片的制备方法及其应用，旨在通过优化金属钾片的制备工艺，提供一种高效便捷的金属钾片制备方法，以缩短钾离子电池制备过程所耗的时间，降低其制备的难度。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电解液处理的实验室用金属钾片的制备方法，包括以下步骤：s1、在一个充满惰性气氛的手套箱中，用无尘纸将购得的金属钾块表面残留的煤油擦拭干净；s2、在亚克力板上，用不锈钢刀将擦拭干净的金属钾块表面的氧化层切除；s3、移取设定量的电解液滴加于步骤2预处理过的金属钾块表面；
s4、在聚乙烯薄膜的包覆下，借助金属铝棒将步骤3滴加过电解液的金属钾块手动滚压至具有设定厚度的金属薄片；s5、用冲片器将步骤4滚压好的金属薄片裁成预设形状尺寸的薄片，即得到金属钾片；s6、再次移取设定量的电解液滴加于步骤5已经裁好的金属钾片表面，并用聚乙烯薄膜包封，置于惰性气氛下保存。
8.本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1和步骤6中，所述惰性气氛为氩气，其中的h2o和o2的浓度均不大于1ppm。
9.本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3和步骤6中，所述电解液为：1m kpf
6 in dme=100%或1m kfsi in dme=100%或1m kfsi in ec: dec=1:1(v/v)。
10.本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3和步骤6中，滴加的电解液用量为50μl～400μl，依据金属钾片的大小控制电解液的用量，需保证金属钾片能够全部润湿。
11.本发明技术方案的进一步改进在于：步骤4中，金属钾片的厚度通过控制手动滚压的次数控制。
12.本发明技术方案的进一步改进在于：步骤5中，金属钾片的形状和尺寸通过改变冲片器的形状和大小控制。
13.本发明技术方案的进一步改进在于：制备的金属钾片的形状根据组装电池的形式定制。
14.一种电解液处理的实验室用金属钾片的制备方法制备的金属钾片能够应用于装配钾离子电池。
15.本发明技术方案的进一步改进在于：装配钾离子电池时，在手套箱中取出相应数量的预先包封好的金属钾片，将其两侧表面包覆的聚乙烯薄膜移除，即能够用于装配电池。
16.本发明技术方案的进一步改进在于：组装纽扣电池时，使用纽扣电池冲片器将金属钾片裁成直径为14mm或16mm的圆形金属片。
17.由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：1、本发明通过在制备过程中对预处理过的金属钾块滴加电解液以润湿其表面，同时借助聚乙烯薄膜对其包覆，真正解决了金属钾片在滚压过程中易粘，不易加工的问题；此外，滴加的电解液和表面包覆的聚乙烯薄膜还可以解决金属钾容易氧化的问题。
18.2、本发明为确保制备的金属钾片能够长期保存，以及方便后续的实验需要，我们对制备好的金属钾片进行了二次的电解液处理，之后用聚乙烯薄膜包封，这样制备的金属钾片可以保证长时间存储于一个充满惰性气氛的手套箱中，方便随取随用。
19.3、本发明通过优化金属钾片的制备方法，提供了一种高效便捷的金属钾片制备方法，缩短了钾离子电池制备所耗的时间，降低了制备难度。
20.4、本发明还可以灵活调控金属钾片的厚度、尺寸及形状，这对于推动钾离子电池的科学研究以及市场化应用具有重要意义。
21.5、本发明是针对现有的钾离子电池研究中存在的金属钾片制备不易以及难以存储这个难题，提供了一种新的电解液处理的实验室用金属钾片制备方法。
附图说明
22.图1是本发明制备方法的流程图。
具体实施方式
23.下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：如图1所示，一种电解液处理的实验室用金属钾片的制备方法及其应用，所述制备方法用到的实验设备和仪器包括手套箱、亚克力板、不锈钢刀、移液枪、聚乙烯薄膜、金属铝棒、冲片器等；借助电解液和聚乙烯薄膜，利用金属铝棒将金属钾片滚压至一定的厚度，然后用冲片器裁出给定形状尺寸的金属钾片，以满足钾离子电池的装配要求。
24.实施例1本实施例电解液使用1m kpf
6 in dme=100%。
25.一种电解液处理的实验室用金属钾片的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在一个充满惰性气氛（氩气）的手套箱中（h2o，o2<<1ppm），将金属钾块取出，用无尘纸将金属钾块表面残留的煤油擦拭干净；步骤2，在亚克力板上，用不锈钢刀将擦拭干净的金属钾块表面的氧化层切除；步骤3，用200μl的移液枪移取一定量的1m kpf
6 in dme=100%滴加于预处理过的金属钾块表面；步骤4，在聚乙烯薄膜的包覆下，借助金属铝棒将金属钾块手动滚压至具有一定厚度的金属薄片；步骤5，用纽扣电池冲片器将滚压好的金属薄片裁成直径为14mm的金属圆片，即得到金属钾片；步骤6，用200μl的移液枪再次移取一定量的1m kpf
6 in dme=100%滴加于已经裁好的金属钾片表面，并用聚乙烯薄膜包封，置于惰性气氛下保存。
26.装配钾离子电池时，在手套箱中取出相应数量的预先包封好的金属钾片，将其两侧表面包覆的聚乙烯薄膜移除，即可用于装配电池。
27.经对比分析：1m kpf
6 in dme=100%处理过的金属钾片表面光滑平整有金属光泽，与未滴加电解液处理的金属钾片一样；而保存两个月后，未滴加电解液处理的金属钾片表面出现明显的氧化现象，已经完全失去金属光泽，而滴加1m kpf
6 in dme=100%处理过的金属钾片仍可以看到其较明显的金属光泽。
28.实施例2本实施例电解液使用1m kfsi in dme=100%。
29.一种电解液处理的实验室用金属钾片的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在一个充满惰性气氛（氩气）的手套箱中（h2o，o2<<1ppm），将金属钾块取出，用无尘纸将金属钾块表面残留的煤油擦拭干净；步骤2，在亚克力板上，用不锈钢刀将擦拭干净的金属钾块表面的氧化层切除；步骤3，用200μl的移液枪移取一定量的1m kfsi in dme=100%滴加于预处理过的金属钾块表面；步骤4，在聚乙烯薄膜的包覆下，借助金属铝棒将金属钾块手动滚压至具有一定厚度的金属薄片；
步骤5，用纽扣电池冲片器将滚压好的金属薄片裁成直径为14mm的金属圆片，即得到金属钾片；步骤6，用200μl的移液枪再次移取一定量的1m kfsi in dme=100%滴加于已经裁好的金属钾片表面，并用聚乙烯薄膜包封，置于惰性气氛下保存。
30.装配钾离子电池时，在手套箱中取出相应数量的预先包封好的金属钾片，将其两侧表面包覆的聚乙烯薄膜移除，即可用于装配电池。
31.经对比分析：1m kfsi in dme=100%处理过的金属钾片的表面光滑平整有金属光泽，与未滴加电解液处理的金属钾片一样；而保存两个月后，未滴加电解液处理的金属钾片表面出现明显的氧化现象，已经完全失去金属光泽，而滴加1m kfsi in dme=100%处理过的金属钾片仍可以看到其较明显的金属光泽。
32.实施例3本实施例电解液使用1m kfsi in ec: dec=1:1(v/v)。
33.一种电解液处理的实验室用金属钾片的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在一个充满惰性气氛（氩气）的手套箱中（h2o，o2<<1ppm），将金属钾块取出，用无尘纸将金属钾块表面残留的煤油擦拭干净；步骤2，在亚克力板上，用不锈钢刀将擦拭干净的金属钾块表面的氧化层切除；步骤3，用200μl的移液枪移取一定量的1m kfsi in ec: dec=1:1(v/v)滴加于预处理过的金属钾块表面；步骤4，在聚乙烯薄膜的包覆下，借助金属铝棒将金属钾块手动滚压至具有一定厚度的金属薄片；步骤5，用纽扣电池冲片器将滚压好的金属薄片裁成直径为14mm的金属圆片，即得到金属钾片；步骤6，用200μl的移液枪再次移取一定量的1m kfsi in ec: dec=1:1(v/v)电解液滴加于已经裁好的金属钾片表面，并用聚乙烯薄膜包封，置于惰性气氛下保存。
34.装配钾离子电池时，在手套箱中取出相应数量的预先包封好的金属钾片，将其两侧表面包覆的聚乙烯薄膜移除，即可用于装配电池。
35.经对比分析：1m kfsi in ec: dec=1:1(v/v)处理过的金属钾片的表面光滑平整有金属光泽，与未滴加电解液处理的金属钾片一样；而保存两个月后，未滴加电解液处理的金属钾片表面出现明显的氧化现象，已经完全失去金属光泽，而滴加1m kfsi in ec: dec=1:1(v/v)处理过的金属钾片仍可以看到其较明显的金属光泽。
36.综上所述，本发明通过在制备过程中对预处理过的金属钾块滴加电解液以润湿其表面，同时借助聚乙烯薄膜对其包覆，真正解决了金属钾片在滚压过程中易粘，不易加工的问题；滴加的电解液和表面包覆的聚乙烯薄膜还可以解决金属钾容易氧化的问题；有效的缩短了钾离子电池制备过程所耗的时间，降低制备难度。
37.最后应说明的是：本发明的上述实施例仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。