[發明專利]一種鉀離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810147118.5
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108417825B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 馮金奎;曾桂芳
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/50
• 分類號: H01M4/50;H01M4/52;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

本發明涉及一種鉀離子電池正極材料及其制備方法，屬于鋰電池正極材料的制備領域，所述正極材料包括鉀鎳錳氧四種元素；其化學式為：K_xNi_yMn_zO₂，其中，0.5x0.9，0.2y0.5，0.4z0.8。本發明制備的鉀離子正極材料具有綠色環保、成本較低、純度高、容量高、電池壽命長和高壓可逆性好的優點；同時，本發明制備的鉀離子正極材料具有良好的循環性能，循環30周的容量保持率在85%以上，最高可達99.1%。

技術領域

本發明屬于鋰電池正極材料的制備領域，尤其涉及一種鉀離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，曾支撐20世紀人類文明高速發展的以石油、煤炭和天然氣為主的石化能源出現了前所未有的危機，除其儲藏量不斷減少外，石化能源使用后帶來的溫室效應等環境問題也日益突出。因此，開發新型的清潔能源尤為重要。當前，新型的清潔能源主要有風能、太陽能、核能和地熱能等。清潔能源和新型汽的應用均離不開中大型儲能電池和動力電池。

目前，在眾多儲能電池和動力電池中，鋰離子二次電池的應用最廣，但是鋰電池發展到現在似乎遇到了一個“瓶頸期”，能量密度提升緩慢，成本下降并不迅速，而且在快充、適應溫度范圍、更大規模部署應用(電動汽車、儲能)以及資源豐度方面都已經遇到了挑戰。因此，人們一直在尋找一種新的二次電池技術彌補鋰電的不足，比如鈉離子電池、鉀離子電池、鎂離子電池和鈣離子電池等。其中，鉀離子電池有諸多優勢，如鉀地殼儲量大、鉀源價格便宜和電池容量大等。

可以看出，鉀離子電池是一種相當有前景的儲能系統；盡管如此，但目前對鉀離子正極材料的研究仍然處在起步階段。專利申請201611217148.6公開了一種鉀離子電池正極材料及其制備方法、應用，該鉀離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：(1)將可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽和可溶性錳鹽溶于去離子水得到一定濃度的混合金屬離子鹽溶液，其中，鎳鹽、鈷鹽、錳鹽中的鎳、鈷和錳的價態均為正二價；(2)將混合金屬離子鹽溶液加入釜反應器中，同時加入碳酸鈉溶液；再加入氨水調節pH值至8-11，控制溫度在55-60℃，使用惰性氣體保護，連續攪拌；(3)將碳酸鹽前驅體溶液過濾，并用去離子水洗滌，然后置于烘箱干燥；(4)將前驅體粉末研磨，預燒結，加入無水碳酸鉀，機械球磨，再高溫固相燒結得到化學式為K_x(Ni_yCo_zMn_1-y-z)O₂的正極材料。

專利申請201710318745.6公開了一種鉀離子電池正極材料用鉀錳氧化物的制備方法，包括以下步驟：步驟S₁：將錳源和鉀源分散于去離子水中，攪拌后形成第一溶液；步驟S₂：向所述第一溶液中加入草酸溶液并攪拌，得到第二溶液；加熱所述第二溶液直到蒸干水分后得到沉淀物料；步驟S₃：將所述沉淀物料壓片后預煅燒，并在預煅燒后冷卻，得到預煅燒后物料；步驟S₄：研磨所述預煅燒后物料，得到研磨后物料；將所述研磨后物料壓片后煅燒，并在煅燒后冷卻至室溫，得到鉀離子電池正極材料用鉀錳氧化物。但上述兩種該方法制備的鉀離子正極材料的不僅放電容量低、不穩定，而且循環性能較差。

綜上，現有的鉀離子正極材料仍然存在循環性能不穩定等問題，為此，有必要開發一種新的鉀離子正極材料，這對促進鉀離子電池的進一步應用具有重要的現實意義。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明旨在提供一種鉀離子電池正極材料及其制備方法，本發明制備的鉀離子正極材料具有綠色環保、成本較低、純度高、容量高、電池壽命長和高壓可逆性好的優點。

本發明的目的之一是提供一種鉀離子電池正極材料。

本發明的目的之二是提供一種鉀離子電池正極材料的制備方法。

本發明的目的之三是提供一種鉀離子電池。