一种钾离子电池负极材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115863562A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211447107.1H01M4/38(2006.01)(22)申请日2022.11.18H01M10/054(2010.01)(71)申请人广东工业大学地址510090广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人张伟李庆华陈洧瀚谭天凯黄少铭(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102专利代理师苏晶晶(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/48(2010.01)H01M4/58(2010.01)H01M4/583(2010.01)权利要求书1页说明书8页附图6页(54)发明名称一种钾离子电池负极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种钾离子电池负极材料及其制备方法和应用，涉及到钾离子电池领域。本发明的钾离子电池负极材料为N/Sb共掺杂BiOCl@C复合材料，其结构为二维片状，由Sb掺杂的BiOCl层和包覆在BiOCl层表面的N掺杂碳层组成，BiOCl层内夹杂有Bi单质颗粒，且Sb掺杂BiOCl层与N掺杂碳层之间存在C‑O‑Sb键和C‑O‑Bi键。基于二维片状结构、Bi单质颗粒、掺杂的Sb、N掺杂C层几个因素的协同作用，本发明所制备出的复合材料在被用作钾离子电池负极材料时具有高比容量，优异的倍率性能和长循环寿命，在钾离子电池领域具有很好的应用前景。CN115863562ACN115863562A权利要求书1/1页1.一种N/Sb共掺杂BiOCl@C材料，其特征在于，所述N/Sb共掺杂BiOCl@C材料的结构为二维片状，包括Sb掺杂的BiOCl层和包覆在BiOCl层表面的N掺杂碳层，所述Sb掺杂的BiOCl层中夹杂有Bi颗粒，且Sb掺杂BiOCl层与N掺杂碳层之间存在C‑O‑Sb键和C‑O‑Bi键，所述BiOCl层中Sb的掺杂量为30‑40wt％。2.如权利要求1所述N/Sb共掺杂BiOCl@C材料，其特征在于，所述N掺杂碳层中N的掺杂量为4‑6wt％。3.如权利要求1～2任意一项所述N/Sb共掺杂BiOCl@C材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将铋源、氯化锑、乙二醇和水混合后进行水热反应得到Sb掺杂BiOCl；S2.将Sb掺杂BiOCl、盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷混合、溶解、搅拌，得到表面有聚多巴胺包覆层的Sb掺杂BiOCl；S3.将表面有聚多巴胺包覆层的Sb掺杂BiOCl置于惰性气氛中进行煅烧，得到N/Sb共掺杂BiOCl@C。4.如权利要求3所述N/Sb共掺杂BiOCl@C材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中水的加入量为9～13mL。5.如权利要求3所述N/Sb共掺杂BiOCl@C材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述Sb掺杂BiOCl、三羟甲基氨基甲烷、盐酸多巴胺的摩尔比为1:(1‑2):(0.5‑1)。6.如权利要求3所述N/Sb共掺杂BiOCl@C材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中的煅烧处理为在300～500℃下煅烧3～5h。7.如权利要求3所述N/Sb共掺杂BiOCl@C材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中的煅烧处理为在350℃下煅烧4h。8.如权利要求1～2任一项所述N/Sb共掺杂BiOCl@C材料在制备钾离子电池负极材料中的应用。9.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料由权利要求1～2任一项所述的N/Sb共掺杂BiOCl@C材料制备得到。10.一种钾离子电池，其特征在于，所述钾离子电池的负极材料为权利要求9中的负极材料。2CN115863562A说明书1/8页一种钾离子电池负极材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及钾离子电池领域，更具体地，涉及一种钾离子电池负极材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]目前，锂离子电池凭借高能量密度和出色的循环寿命在储能领域占据主导地位。但由于锂资源在地壳中分布不均匀和储量极为有限，且锂资源价格高，这严重限制锂离子电池的进一步发展。钾离子电池因其资源丰富、成本低廉且与锂离子电池具有相似的工作原理，这使得钾离子电池引起众多科研学者的广泛关注。然而，由于钾离子半径(0.138nm)比锂离子半径(0.076nm)大，电极材料在充放电过程中极易发生较大体积膨胀，使得活性物质粉碎甚至从集流体脱落，从而导致电池性能快速衰减。因此，开发低成本和高比能的钾离子负极电极材料显得尤为重要。[0003]铋(Bi)及其化合物(铋单质，氧化铋，硫化铋，硒化铋和氯氧铋等)在储钾过程中发生多电子转移的氧化还原反应，具有较高的理论比容量，被认为是一类非常具有应用潜力的钾离子电池负极材料。在Bi基材料中BiOCl具有众多优势，然而，由于BiOCl表面吸收或几何叠加而形成的界