[發(fā)明專利]一種高性能鉀離子電池負極用硒化鈷@碳復合材料、其制備方法及相匹配的電解液

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911196307.2
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110890534B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 顧鑫;趙學波;溫盛;劉丹丹;李良軍;代鵬程
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;H01M10/0568;H01M10/0569
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

1.一種高性能鉀離子電池負極用硒化鈷@碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述復合材料為碳包覆的硒化鈷的復合粉體材料，所述復合材料中硒化鈷的質量含量為50~80%，碳的質量含量為20~50%；所述硒化鈷@碳復合材料的微觀形貌為：硒化鈷納米顆粒均勻分布于立方塊結構的碳骨架內，立方塊結構碳骨架被額外的碳層均勻包覆；所述的硒化鈷納米顆粒的粒徑為10~100nm；所述的立方塊結構的碳骨架的粒徑為200~500nm；所述的額外的碳層的厚度為2~15nm；

制備包括步驟如下：

（1）將鈷源、十六烷基三甲基溴化銨分散于去離子水中形成混合溶液A，將2-甲基咪唑分散于去離子水中形成混合溶液B；將混合溶液A加入混合溶液B中，攪拌，經(jīng)離心、洗滌和干燥，得鈷基金屬有機框架材料Co-MOFs；所述的鈷源為硝酸鈷、氯化鈷、乙酸鈷中的一種；所述的鈷源和十六烷基三甲基溴化銨的質量比為1:0.014~0.02；所述的鈷源和2-甲基咪唑的摩爾比為0.015~0.027:1；

（2）將步驟（1）得到的Co-MOFs分散于溶劑中，加入十六烷基三甲基溴化銨、有機聚合物體系，得混合溶液C，經(jīng)攪拌、過濾，得到有機聚合物包覆的Co-MOFs；

所述的溶劑為乙醇和去離子水的混合溶劑，所述混合溶劑中乙醇和去離子水的體積比為3:7；所述的混合溶液C中Co-MOFs的質量濃度為5~23g/L；所述的Co-MOFs與十六烷基三甲基溴化銨的質量比為1:1~1.2；

所述的有機聚合物體系為間苯二酚、甲醛和氨水體系，多巴胺和三羥甲基氨基甲烷體系，吡咯和過硫酸鈉體系；所述的間苯二酚和甲醛的摩爾比為0.4~1:1，所述的間苯二酚和氨水中NH₃的摩爾比為0.1~0.3:1；所述多巴胺與三羥甲基氨基甲烷的摩爾比為1~2:1；所述的吡咯與過硫酸鈉的摩爾比為0.2~0.5:1；所述的間苯二酚、多巴胺或吡咯與Co-MOFs的質量比為0.1-0.5:1；所述的攪拌時間為8~10h；

（3）將步驟（2）得到的有機聚合物包覆的Co-MOFs與硒粉混合，在氮氣氣氛下高溫碳化，得到硒化鈷@碳復合材料；所述的有機聚合物包覆的Co-MOFs與硒粉的質量比為1:1；所述的高溫碳化溫度為700-900℃，高溫碳化的時間為1~6h。

2.根據(jù)權利要求1所述的硒化鈷@碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述的混合溶液A中鈷源的摩爾濃度為0.08~0.15mol/L。

3.根據(jù)權利要求1所述的硒化鈷@碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述的混合溶液B中2-甲基咪唑的摩爾濃度為0.6~1.0mol/L。

4.根據(jù)權利要求1所述的硒化鈷@碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述的攪拌時間為20~30min；所述的洗滌為用乙醇將離心所得產(chǎn)物洗滌3次；所述的干燥為在60~80℃下真空干燥8~12h。

5.一種高性能鉀離子電池， 包括負極和電解液，負極所用材料為權利要求1所述的制備方法制備得到的高性能鉀離子電池負極用硒化鈷@碳復合材料，所述的電解液包括碳酸酯基溶劑和鉀鹽，所述電解液中鉀鹽的摩爾濃度為0.1 ~3mol/L；所述的碳酸酯基溶劑為碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合溶劑；所述的鉀鹽為雙氟磺酰亞胺鉀。