[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

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• 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

本發(fā)明提供了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。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。本發(fā)明還提供了上述復合材料的制備方法以及與之相匹配的電解液。該復合材料獨特的立方塊碳骨架結構在鉀離子的嵌入/脫嵌過程中會增強電荷轉移，可以最大程度緩沖放電/充電過程中的體積變化。通過電解液的優(yōu)化，進一步提高了復合材料應用于鉀離子電池中的循環(huán)穩(wěn)定性能。本發(fā)明的硒化鈷@碳復合材料的制備方法，合成工藝簡單，易操作。

技術領域

本發(fā)明涉及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，特別是通過電解液的優(yōu)化來提高其電化學性能，屬于電化學技術領域。

背景技術

近二十年來，隨著電化學儲能的迅速發(fā)展，市場對可再生、高效的儲能設備的需求越來越大，可充電鋰離子電池目前主導著電化學能源存儲市場。但鋰離子電池在大規(guī)模儲能領域的進一步應用一直受到成本高、儲量有限(地殼含量0.0017wt.％)、鋰資源分布不均勻等問題的制約。因此，探索可替代的電池系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。近年來，鈉離子電池和鉀離子電池因其在地殼中的豐度高(鈉為2.36wt.％，鉀為2.09wt.％)、成本低、電化學行為與鋰離子電池相似而受到廣泛關注。在有機溶劑(PC,EC/DEC)中K⁺/K的標準氧化還原電位低于Na⁺/Na和Li⁺/Li，說明鉀離子電池可能比鈉離子電池和鋰離子電池具備更高的輸出電壓。與鈉離子和鋰離子相比，鉀離子在有機溶劑中的溶劑化半徑更小，去溶劑活化能更低，使得鉀離子電池具有快速的動力學特性。因此，在大規(guī)模儲能領域，鉀離子電池被認為是鋰離子電池最有前途的替代品之一。然而，鉀離子電池在循環(huán)過程中由于鉀枝晶生長引發(fā)的安全隱患，不穩(wěn)定的SEI膜，脫嵌過程大的體積膨脹等原因導致鉀離子電池循環(huán)性能及倍率性能較差，還有其比容量也有待提高。而發(fā)展高性能的電極材料是提高鉀離子電池性能的關鍵因素。因此，設計和開發(fā)一種適用于鉀離子電池的負極材料尤為關鍵。

目前，關于鉀離子電池負極材料的報道，主要集中在碳材料上，其次為以合金化/去合金化反應作為儲鉀機理的合金類負極材料。例如，中國專利文件CN107331866A公開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，再將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℃，保溫一段時間后即得。中國專利文件CN108550840A提供了一種三維網(wǎng)狀碳內嵌銻基合金鉀離子電池負極材料，包括三維網(wǎng)狀結構的薄碳層和銻基合金顆粒，該銻基合金顆粒均勻內嵌在薄碳層之中。但是，碳材料作為鉀離子電池負極材料，依然存在儲鉀容量較低以及反應動力學慢等問題，很難滿足實際需求；而對于合金類負極材料，由于其合金/去合金化反應機理，雖然相比脫嵌式負極具有更高的理論比容量，但是這種快速的合金/去合金過程容易導致電極材料較大的體積膨脹，使電極材料與集流體明顯脫離，電池容量快速衰減。