一种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CN113753876A(43)申请公布日2021.12.07(21)申请号202110818934.6(22)申请日2021.07.20(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市麓山南路932号(72)发明人王珏杨玉良叶冠英刘素琴(74)专利代理机构长沙朕扬知识产权代理事务所(普通合伙)43213代理人魏龙霞(51)Int.Cl.C01B25/45(2006.01)H01M4/58(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种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钾离子电池负极材料，主要成分为磷酸铋锑材料，所述磷酸铋锑材料中铋和锑的摩尔比为(0.1～5)：1。其制备方法：将可溶性铋盐、可溶性锑盐、可溶性磷酸盐和导电碳加入溶剂中混合，再将混合料置于反应釜中进行反应，反应完成后将所得沉淀进行离心、清洗、干燥，得到钾离子电池负极材料。本发明选择磷酸铋锑材料作为钾离子电池负极材料，利用原位合金化策略产生纳米铋锑合金和铋锑双原子协同作用克服合金化材料充放电过程中体积变化大的问题，改善目前钾离子电池合金化负极材料循环稳定性差等情况，且磷酸铋锑材料还具有充放电平台低、电化学性能稳定且容量高的优势。CN113753876ACN113753876A权利要求书1/1页1.一种钾离子电池负极材料，其特征在于，所述钾离子电池负极材料的主要成分为磷酸铋锑材料，所述磷酸铋锑材料中铋和锑的摩尔比为(0.1～5)：1。2.如权利要求1所述的钾离子电池负极材料，其特征在于，所述钾离子电池负极材料为磷酸铋锑材料与导电碳的复合材料，其中，导电碳的添加量不超过磷酸铋锑材料质量的20％。3.如权利要求2所述的钾离子电池负极材料，其特征在于，所述导电碳包括石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。4.一种如权利要求1‑3中任一项所述的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：(1)将可溶性铋盐、可溶性锑盐、可溶性磷酸盐和导电碳加入溶剂中混合；其中，可溶性铋盐和可溶性锑盐中的元素铋和锑的摩尔比为(0.1～5)：1；(2)将步骤(1)得到的混合料置于反应釜中进行反应，反应完成后将所得沉淀进行离心、清洗、干燥，得到钾离子电池负极材料。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述可溶性铋盐中铋元素和所述可溶性锑盐中锑元素的总摩尔量与所述可溶性磷酸盐中磷酸根的摩尔量的比值为0.5～1。6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述导电碳与磷酸铋锑理论产量的质量比为(0～0.2)：1。7.如权利要求4‑6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铋盐包括氯化铋、硝酸铋、硫酸铋、乙酸铋和柠檬酸铋中的一种或几种；所述可溶性锑盐包括醋酸锑、氯化锑、硫酸锑、酒石酸锑钾中一种或几种；所述可溶性磷酸盐包括磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的一种或几种。8.如权利要求4‑6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂包括乙二醇、甘油、二甲基亚砜中的一种或几种；所述混合是指将可溶性铋盐、可溶性锑盐、可溶性磷酸盐、导电碳加入溶剂中在30～80℃下搅拌15～150min。9.如权利要求4‑6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，反应的温度为120～210℃，反应的时间为4～24h。10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为140～190℃，反应的时间为5～16h。2CN113753876A说明书1/5页一种钾离子电池负极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种钾离子电池负极材料及其制备方法。背景技术[0002]受制于锂资源储量、分布影响，以及钴、锂资源价格限制，锂离子电池成本下降不理想，在更大规模应用上(电动汽车、智能电网及大规模储能领域)遇到很大挑战。由于钾在地壳中储量丰富，其氧化还原电位与锂接近，具有与锂离子电池相似工作原理，钾离子电池在对成本要求很严的大规模储能领域大有可为。[0003]负极作为钾离子电池关键组件之一，对电池循环稳定性、能量密度和成本产生巨大影响。石墨作为锂离子电池中广泛应用的负极材料，价格低，工艺成熟，但作为钾电池负极其理论容量只有278mAhg‑1。合金化反应电极铋和锑可通过与钾离子形成合金储钾，理论容量分别高达380mAhg‑1和660mAhg‑1。但由于钾离子尺寸是锂离子的1.82倍，合金化过程中发生巨大体积变化(超过4倍)，产生很大机械应力，极易破坏电极材料结构，造成电池循环稳定性能差。因此设计高容量、低充放电平台和良好循环稳定性的钾离子负极材料，对于钾离子电池应用有良好的促进作用。发明内容[0004]本发明所要解决