[發明專利]負極材料、負極、鉀離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010789243.3
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111816869A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 海玉龍;鐘國華;李萌虎;陸寧;徐海洋;張思遠;呂海燕;陸子恒;楊春雷
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/137;H01M4/1399;H01M10/054;H01M10/058
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

本發明提供了一種負極材料以聚對苯撐作為負極活性物質，聚對苯撐分子間主要由范德華力的相互作用產生堆疊/聚集效果，使其具有豐富的微孔結構、較大的層間距，從而有利于半徑較大的鉀離子的嵌入和脫出，也可以有效地緩解體積膨脹；同時，聚對苯撐具有的旋轉通道進一步有利于鉀離子的嵌入和脫出。將上述負極材料應用于鉀離子電池制備中，配合對應的電解液體系，可以得到結構穩定的鉀離子電池，且鉀離子電池具有較高的比容量。

技術領域

本發明涉及電池制備技術領域，特別涉及一種負極材料、負極、鉀離子電池及其制備方法。

背景技術

能源是人類文明的重要支柱。鋰離子電池作為高性能儲能裝置的代表，極大地改變了人們的生活。隨著智能手機、筆記本電腦、數碼相機等便攜式電子設備的普及和應用，以及電動汽車、無人機、智能電網等大型儲能設備的推廣應用，同時，受全球鋰資源儲量的影響和不均衡分布因素方面，鋰離子電池在大規模儲能領域受到很大限制。為了克服鋰資源短缺對鋰離子電池技術發展的阻礙，需要開發一種新的替代技術。鉀離子電池以其獨特的優勢逐漸進入人們的視野。一方面，地殼中鉀含量豐富，是鋰的千倍以上。另一方面，鉀的物理化學性質與鋰相似。在儲能機理上，無論是鉀離子電池還是鋰離子電池，都是通過電池正負極材料中離子的可逆插入或移除來儲存和釋放能量的。與鋰離子電池不同，鉀和鋁在低電位下不會發生合金化反應，因此可以使用更便宜的鋁箔回收鉀離子電池的陽極集電器。

鉀離子電池作為一種新型的電化學儲能系統，有其獨特的優點。可以預見，未來鉀離子電池在電化學儲能領域也將取得成功。但目前，鉀離子電池的研究還有很長的路要走。這主要是因為鉀離子的半徑很大，幾乎是鋰離子半徑的兩倍。當鉀離子嵌入材料中時，會引起體積膨脹。同時，鉀離子在材料中的擴散比鋰離子慢。這些因素的影響使得電池的循環壽命較低，容量和速率性能難以保證。

因此，開發容量大、循環壽命長、動態性能優良的電極材料對鉀離子電池的發展具有重要意義，而目前鉀離子電池中應用的無機材料存在結構穩定性差、倍率性能不高的問題，

發明內容

鑒于此，有必要提供一種安全穩定性高、倍率性能優異的負極材料。

一種負極材料，包括負極活性物質，所述負極活性物質為聚對苯撐。

在其中一些實施例中，所述聚對苯撐為C₁₂H₁₀或C₁₈H₁₄中的至少一種。

在其中一些實施例中，所述負極材料還包括粘結劑及導電劑，所述粘結劑為羧甲基纖維素鈉或聚偏氟乙烯中的至少一種，所述導電劑為導電炭黑和乙炔黑中的至少一種。

在其中一些實施例中，以質量分數計，所述負極活性物質占比為60％～90％，所述粘結劑占比為3％～15％，所述導電劑占比為7％～25％。

一種負極，包括集流體和所述的負極材料，所述負極材料涂覆在所述集流體上。

在其中一些實施例中，所述集流體為金屬箔，所述金屬箔包括銅箔或鋁箔。

一種所述的負極的制備方法，包括下述步驟：

將所述負極材料涂覆于所述集流體上，經真空干燥切片后得到所述負極。

一種鉀離子電池，包括正極，還包括所述的負極及電解液，所述正極及所述負極貼合在所述電解液兩端。

在其中一些實施例中，所述電解液包括鉀鹽和溶劑，所述鉀鹽為六氟磷酸鉀、高氯酸鉀、氟硼酸鉀和雙(氟磺酰)亞胺鉀中的至少一種，所述溶劑為碳酸酯基溶劑或醚基溶劑中至少一種。

在其中一些實施例中，所述碳酸酯基溶劑為乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯和氟代碳酸酯中的至少一種；所述醚基溶劑為四乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚和乙二醇二甲醚中的至少一種。