[發明專利]一種鉀金屬電池負極、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202211207806.9
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115440923A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 葉明暉;陳嘉俊;熊佳明;李成超
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/13;H01M4/139;H01M10/054
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 余勝茂

1.一種鉀金屬電池負極的制備方法，其特征在于：所述鉀金屬電池負極為K@NGM負極，采用以下步驟進行制備：

步驟一、將過氧化氫、吡咯加入氧化石墨烯水溶液中，經水熱反應，收集沉淀物，清洗干凈，冷凍干燥，然后在氬氣氣氛中高溫碳化制得NGM粉末；

步驟二、采用涂膜法，將步驟一所得NGM粉末、導電劑和粘結劑加入到去離子水中形成均一的漿料，然后均勻地涂覆在導電集流體上，經烘干、裁片后與鉀片組裝成電池；

步驟三、采用恒流電化學沉積法沉積鉀離子，制得K@NGM負極。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟一中，將4～8mL的過氧化氫和200～300μL的吡咯加入到30～40mL的濃度為4～6mg mL^-1的氧化石墨烯水溶液中；

所述水熱反應的溫度為180～200℃，時間為4～6h；所述碳化的溫度為850～950℃，時間為2～3h。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟二中，所述導電劑為乙炔黑、Super P、Super S、350G中的一種或幾種的混合物；

所述的粘結劑為聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯腈中的一種或幾種的混合物；

所述的導電集流體為導電金屬單質材料或幾種金屬的合金。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟二中，所述裁片后所得圓片的尺寸為1.13～1.54cm²。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟三中，所述恒流電化學沉積法的條件為：在室溫下恒流1mA cm^-2放電5～10h。

6.采用權利要求1-5任意一種所述的制備方法制備的K@NGM負極。

7.根據權利要求6所述的K@NGM負極在鉀金屬電池中的應用，所述鉀金屬電池為非水電解液的鉀金屬二次電池。

8.一種4V鉀金屬電池，其特征在于：包括權利要求6所述的K@NGM負極以及KMnHCF/G正極、多孔聚合物隔膜和非水電解液。

9.根據權利要求8所述的一種4V鉀金屬電池，其特征在于：所述多孔聚合物隔膜為Whatman玻璃纖維、聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、復合陶瓷隔膜中的至少一種；所述復合陶瓷隔膜是將陶瓷粉體涂覆在聚烯烴上。

10.根據權利要求8所述的一種4V鉀金屬電池，其特征在于：所述非水電解液的溶劑為二甲醚四甘醇、乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、環狀碳酸酯與鏈狀碳酸酯中的至少一種；所述非水電解液的電解質鹽為鉀的高氯酸鹽、含氟化合物的鉀鹽、鉀酰亞胺鹽中的至少一種。