[發明專利]一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用

在審

• 申請號: 201710486569.7
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107331866A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 馮金奎;安永靈
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 王志坤

技術領域

本發明屬于離子電池技術領域，具體涉及一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用。

背景技術

隨著經濟的發展，社會的進步，傳統的化石能源資源有限，污染環境，因此能源危機和環境污染問題日益突出。故而，開發新型清潔能源尤為重要，如風能、核能、太陽能、生物能、地熱能等。對于這些新能源的開發和利用需要建立完善統一的理論體系，其中儲能顯得尤為重要。

鋰離子電池作為能源儲存和轉換元件，在新能源領域中占有重要地位。但是由于地殼中的鋰資源儲存有限，因此開發綠色可循環的二次電池居有重要意義。近年來，許多新型儲能電池應用而生，發展迅速，如鈉離子、鉀離子、鎂離子、鈣離子等二次電池。其中，鉀離子電池具有一些獨特的優勢，如鉀源價格便宜，儲量豐富，并且鉀離子電池與鋰離子電池的標準還原電位最為接近等。

鉀離子電池主要依靠鉀離子在正極和負極之間移動來進行工作，然而，鉀離子的半徑大于鋰離子的半徑，電池的負極材料必須能夠嵌入載荷離子。已有研究表明，與鉀離子相比，鈉離子的半徑與鋰離子的半徑更為接近，鋰離子能夠嵌入以石墨為材料的負極中，但是鈉離子卻無法嵌入以石墨為材料的負極中，從而限制了石墨作為鈉離子作為負極材料的應用，這也說明了鋰離子電池中的負極材料無法應用于其他載荷離子電池的負極材料中，同時目前報道的鉀離子電池負極材料較少，因此開發綠色環保、結構穩定、電化學平臺合適、比容量大的新型鉀離子電池具有十分重要的意義。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的目的之一是提供一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用，將膨脹石墨應用于鉀離子電池負極，能夠使鉀離子電池具有優異的離子和電子傳輸通道，結構穩定且能夠循環利用。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用，所述膨脹石墨的制備方法為，將石墨與濃酸混合攪拌后抽濾石墨，將抽濾后的石墨進行干燥，再在干燥后的石墨置于惰性氣體中以1～20℃/min的速率升溫至500～1000℃，保溫一段時間后即可獲得應用于鉀離子電池負極材料的膨脹石墨。

經過本發明的發明人實驗發明采用上述方法制備的膨脹石墨具有能夠嵌入鉀離子的間隙，同時能夠使鉀離子能夠嵌入至該膨脹石墨中，將該方法制備的膨脹石墨作為鉀離子電池負極材料，其容量可達400mAh/g。

本發明的目的之二是提供一種鉀離子電池，采用上述應用中的膨脹石墨作為鉀離子電池的負極材料。

本發明的有益效果為：

1.本發明能夠將膨脹石墨用于鉀離子電池負極材料，其具有優異的離子和電子傳輸通道，采用該膨脹石墨作為負極材料的鉀離子電池具有綠色環保，結構穩定，可循環利用，可以作為鋰離子電池的替代品。

2.本發明中制備的膨脹石墨作為鉀離子電池負極材料，其容量可達400mAh/g。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1為實施例1樣品的充放電圖；

圖2為實施例1樣品的循環圖。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是示例性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本發明中所述的濃酸質量分數大于50％的強酸溶液，所述強酸溶液，例如硫酸、硝酸等。

本發明中所述惰性氣體為不與石墨發生化學反應的氣體，例如氮氣、氬氣等。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在能夠應用于鉀離子電池負極材料較少的不足，為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用。

本申請的一種典型實施方式，提供了一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用，所述膨脹石墨的制備方法為，將石墨與濃酸混合攪拌后抽濾石墨，將抽濾后的石墨進行干燥，再在干燥后的石墨置于惰性氣體中以1～20℃/min的速率升溫至500～1000℃，保溫一段時間后即可獲得應用于鉀離子電池負極材料的膨脹石墨。