一种非水系钾离子电池负极材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112421016A(43)申请公布日2021.02.26(21)申请号202011389691.0H01M10/054(2010.01)(22)申请日2020.12.02B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)(71)申请人四川新锂想能源科技有限责任公司C01B32/184(2017.01)地址629200四川省遂宁市射洪市经济开C01B32/205(2017.01)发区河东大道88号(72)发明人何冬林岳波刘晶晶王琼胡德豪(74)专利代理机构成都行之专利代理事务所(普通合伙)51220代理人唐邦英(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种非水系钾离子电池负极材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种非水系钾离子电池负极材料及其制备方法，该负极材料为锑纳米颗粒修饰三维石墨烯泡沫负极材料，由三维石墨烯泡沫和生长在三维石墨烯泡沫上的锑纳米颗粒构成。本发明所述负极材料中三维石墨烯泡沫基体为蜂窝状结构，具有稳定的框架结构、大的比表面积以及优异的电子及离子传导性能，能够很好地缓冲钾离子脱出/嵌入过程中的体积膨胀效应，储钾机制包括转换反应和赝电容行为，因此表现出优异的储钾性能；本发明通过原位置换反应制备得到锑纳米颗粒修饰三维石墨烯泡沫负极，因此保证了锑纳米颗粒在石墨烯泡沫基体上分散均匀，从而改善了电化学循环稳定性。CN112421016ACN112421016A权利要求书1/1页1.一种非水系钾离子电池负极材料，其特征在于，该负极材料为锑纳米颗粒修饰三维石墨烯泡沫负极材料，由三维石墨烯泡沫和生长在三维石墨烯泡沫上的锑纳米颗粒构成。2.根据权利要求1所述的一种非水系钾离子电池负极材料，其特征在于，所述三维石墨烯泡沫为由石墨烯气泡和三维石墨骨架原位组装而成，且石墨烯的层数为2～5层。3.根据权利要求1所述的一种非水系钾离子电池负极材料，其特征在于，所述锑纳米颗粒的粒径为20～50nm。4.如权利要求1-3任一项所述的一种非水系钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将一定质量比例的六水合硝酸钴、硫酸铵和聚乙烯吡咯烷酮溶解在去离子水中配成混合溶液，干燥后的产物研磨成粉，粉末装入刚玉坩埚；S2、将刚玉坩埚置于管式炉中在氩氢混合气氛中反应一段时间，待炉子降至室温，产物即为钴纳米颗粒修饰三维石墨烯泡沫；S3、将钴纳米颗粒修饰三维石墨烯泡沫溶解于丙三醇和甲醇的混合溶液中，再加入三氯化锑并搅拌混合均匀，所得溶液转入反应釜后密封反应一段时间，待反应釜降至室温后，所得沉淀物用甲醇清洗，随后置于管式炉中在氩气氛围下反应一段时间，待管式炉降至室温，获得锑纳米颗粒修饰三维石墨烯泡沫负极材料。5.根据权利要求4所述的一种非水系钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中六水合硝酸钴、硫酸铵和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1.4～1.6：0.5～1.0：1。6.根据权利要求4所述的一种非水系钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中氩氢混合气氛中反应的条件为：以2～5℃/min的升温速率加热至250～350℃，保温1～2h；然后以4～6℃/min的升温速率加热至800～1000℃，保温2～3h。7.根据权利要求4所述的一种非水系钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中氩氢混合气氛中，氢气的体积分数为10～15％，氩气的体积分数为85～90％。8.根据权利要求4所述的一种非水系钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中反应釜后密封反应的条件为：加热至100～150℃，保温10～15h；管式炉中在氩气氛围下反应的条件为：加热至300～350℃，保温1～2h。9.根据权利要求4所述的一种非水系钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中三氯化锑与钴纳米颗粒修饰三维石墨烯泡沫的质量比为10～15：1。10.根据权利要求4所述的一种非水系钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中丙三醇和甲醇的体积比为5～7:1。2CN112421016A说明书1/4页一种非水系钾离子电池负极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及功能纳米材料领域，具体涉及一种非水系钾离子电池负极材料及其制备方法。背景技术[0002]可再生能源大规模利用的迫切需求以及锂离子储能电池日益上涨的成本，迫切需要开发低成本的新型储能技术。非水系钾离子电池因以下优势而表现出巨大的发展前景：(1)钾资源储量丰富，成本低；(2)与其他碱金属离子相比，较弱的路易斯酸性质