锂-钾混合离子电池及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115966773A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202111186981.X(22)申请日2021.10.12(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人杨梅王星宇孙铭卿夏晖(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203专利代理师刘海霞(51)Int.Cl.H01M10/058(2010.01)H01M50/44(2021.01)H01M10/0525(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称锂-钾混合离子电池及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种锂‑钾混合离子电池及其制备方法。所述的锂‑钾混合离子电池包括由碳复合硫化物构成的负极材料、钾片构成的对电极、锂盐改性隔膜和钾离子有机电解液。本发明通过隔膜负载的锂盐在电解液中的缓释提供锂载流子，在硫化物充放电过程中同时实现锂、钾插层和转化反应，实现了锂‑钾协同储能，锂‑钾混合体系在硫化物负极中能够稳定循环，相较于单一钾离子电池，其循环和容量表现出明显提升。CN115966773ACN115966773A权利要求书1/1页1.锂‑钾混合离子电池，其特征在于，包括碳复合硫化物构成的负极、钾片构成的对电极、锂盐改性隔膜和钾离子有机电解液；所述的锂盐改性隔膜通过将玻璃纤维隔膜浸泡于锂盐溶液后干燥制成；所述的碳复合硫化物的通式为MxS@C，M为Fe或Mo，0＜x≤1。2.根据权利要求1所述的锂‑钾混合离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碳复合硫化物与导电剂和粘结剂混合、涂布、干燥，制成负极极片；(2)将玻璃纤维隔膜浸泡于锂盐溶液中，烘干制成锂盐改性隔膜；(3)将负极极片，锂盐改性隔膜，钾离子有机电解液、钾金属片与扣式电池模组组成锂‑钾混合离子电池。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的碳复合硫化物通过以下方法制得：将柠檬酸、硫脲和金属盐溶解在水和乙醇的混合溶剂中，经溶胶凝胶和烧结，制得MxS@C；其中，柠檬酸、硫脲和金属盐的质量比为(1～2):(5～10):(1～2)，优选为1:10:1.5；所述的金属盐为Fe或Mo的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐或铵盐。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的导电剂选自碳纳米管、石墨烯、SuperP、乙炔黑或科琴黑。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯或羧甲基纤维素。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的锂盐溶液的浓度为0.5～2mol/L，所述的锂盐选自三氟甲磺酸锂、六氟磷酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、磷酸锂或双三氟甲磺酰亚胺锂；所述的锂盐溶液的溶剂选自乙醇、二甲醚或二甲基亚砜。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的浸泡时间为2～24h。8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烘干温度为30～80℃，烘干时间为2～24h。9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的钾离子有机电解液中，电解质盐为可溶性钾盐，可溶性钾盐选自六氟磷酸钾、双氟磺酰亚胺钾或二(三氟甲基磺酰)亚胺钾，溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、二甲醚、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚，添加剂选自碳酸亚乙烯酯或氟代碳酸乙烯酯。10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的钾离子有机电解液中，可溶性钾盐的浓度为0.5～2.5mol/L。2CN115966773A说明书1/4页锂‑钾混合离子电池及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种锂‑钾混合离子电池及其制备方法，属于新能源电池技术领域。背景技术[0002]近年来，伴随着供能需求的增长和化石能源的枯竭，新型清洁能源相关产业迅猛发展，包括智能电网、大规模储能、新能源汽车和高能量密度的便携式储能设备在内的研究成为新能源领域的研究热点。其中，锂离子电池(Lithium‑ionBattery,LIB)因其高能量密度和长循环寿命，成为目前应用最广、发展最成熟的电化学储能器件之一。然而，锂的地壳丰度仅为0.0065％，价格较为昂贵，如何降低锂的成本，成为锂离子电池进一步发展的瓶颈问题。而钾的地壳丰度为1.68％，储量丰富、价格低廉，并且拥有与锂相近的低标准电极电势(Li：‑3.04vs.SHE；K:‑2.93vs.SHE)，被认为是极具发展潜力的电池体系。[0003]然而，尽管钾离子在电解液中有着较快的离子传输动力学(斯托克斯半径：通过分子动力学模拟，扩散系数约为Li+的三倍)，