钾铜锰氧化物及其制备方法、正电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钾铜锰氧化物及其制备方法以及采用该钾铜锰氧化物的正电极及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的钾铜锰氧化物具有层状结构，并且各元素协调配合，提高钾铜锰氧化物的结构稳定性，进而有助于提高离子电导率，具有优异的循环稳定性。实施例的结果表明，本发明专利技术提供的钾铜锰氧化物得到的正极材料在钾离子电池使用过程中经充放电39次后，充电的容量保持率为71.1％，放电的容量保持率为63.9％，可见循环稳定性良好。

【技术实现步骤摘要】
钾铜锰氧化物及其制备方法、正电极及其制备方法和应用
本专利技术属于钾离子电池
，尤其涉及一种钾铜锰氧化物及其制备方法、一种正电极及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池具有清洁高效、能量密度大和循环寿命长等优点，被广泛应用于电子设备中。但是由于锂资源储量的匮乏导致锂离子电池的成本过高，进而锂离子电池在大规模储能设备上的应用前景不容乐观，发展更廉价高效的电池体系变得尤为重要。钾的储量较高，标准氧化还原电位较低，近年来逐渐受到广泛关注。但是钾离子的尺寸大，绝大多数正极材料难以适应在钾的嵌入/脱出期间的结构变化，将钾离子应用到正极材料中不可避免地面临着骨架结构不稳定的问题，进而导致正极材料使用过程中仍存在着循环稳定性较差的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钾铜锰氧化物及其制备方法和一种正电极及其制备方法和应用，本专利技术提供的钾铜锰氧化物结构稳定，作为正极材料，制备得到的正电极材料循环稳定性优异。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种钾铜锰氧化物，组分为K0.68Cu0.34Mn0.66O2，具有层状结构。本专利技术提供了上述技术方案所述钾铜锰氧化物的制备方法，包括以下步骤：将K2CO3、CuO和MnO2进行混合研磨，得到原料混合物；所述K2CO3、CuO和MnO2的摩尔比为17:17:33；将所述原料混合物依次进行成型和烧结处理，得到钾铜锰氧化物；所述烧结的温度为700～1000℃，所述烧结的时间为15h。本专利技术提供了一种正电极的制备方法，包含以下步骤：(1)将上述技术方案所述钾铜锰氧化物或上述技术方案所述制备方法制备得到的钾铜锰氧化物与导电助剂、粘结剂、有机溶剂混合，得到混合浆料；(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料涂覆在金属基底表面(3)涂覆完成后进行干燥和压制，得到可用来组装电池的极片。优选的，所述钾铜锰氧化物、导电助剂、粘结剂和有机溶剂的质量比为8：1：1：13.3。优选的，所述导电助剂为SuperP、科琴黑、碳黑和乙炔黑中的一种或多种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；所述有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮。优选的，所述步骤(2)中混合浆料在金属基体单面的涂覆量为2.1～3.8mg/cm2。优选的，所述步骤(3)中干燥的温度为100～120℃；所述干燥的时间为10～15h。优选的，所述步骤(3)中压制的压力为10～15MPa，所述压制的时间为3～5min。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的正电极，包括导电基底和涂覆在所述导电基底上的导电涂层；所述导电涂层含有钾铜锰氧化物、导电助剂和粘结剂。本专利技术提供了上述技术方案所述正电极作为钾离子电池正极的应用。本专利技术提供了一种钾铜锰氧化物及其制备方法以及采用该钾铜锰氧化物的正电极及其制备方法和应用。本专利技术提供的钾铜锰氧化物具有层状结构，并且各元素协调配合，提高钾铜锰氧化物的结构稳定性，具有优异的循环稳定性；再者，本专利技术所述钾铜锰氧化物组分为K0.68Cu0.34Mn0.66O2，控制铜元素的含量，充分发挥铜提高电位和平均工作电压的作用，并且有助于减少锰的含量，进而降低Mn3+引起的Jahn-Teller(姜-泰勒)效应，稳定材料的结构；铜的掺杂减少高电压下锰的相变，进而循环稳定性得到提高。实施例的结果表明，本专利技术提供的钾铜锰氧化物作为正极材料制备得到正电极在钾离子电池使用过程中经充放电39次后，充电的容量保持率为71.1％，放电的容量保持率为63.9％，可见循环稳定性良好。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为实施例1得到的烧结产物的XRD图谱；图2为实施例2中半电池组装示意图；图3为实施例3得到的半电池充放电曲线；图4为实施例3得到的半电池循环39次的循环图；图5为实施例1得到的K0.68Cu0.34Mn0.66O2粉末的SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种钾铜锰氧化物，组分为K0.68Cu0.34Mn0.66O2，具有层状结构。在本专利技术中，所述钾铜锰氧化物优选为粉末状氧化物；所述粉末状氧化物的粒径优选为100～500nm，粉末状氧化物团聚后团聚物的粒径优选为5μm。本专利技术提供了所述钾铜锰氧化物的制备方法，包括以下步骤：将K2CO3、CuO和MnO2进行混合研磨，得到原料混合物；所述K2CO3、CuO和MnO2的摩尔比为17:17:33；将所述原料混合物依次进行成型和烧结处理，得到钾铜锰氧化物；所述烧结的温度为700～1000℃，所述烧结的时间为15h。本专利技术将K2CO3、CuO和MnO2进行混合研磨，得到原料混合物。在本专利技术中，所述K2CO3、CuO和MnO2的摩尔比为17:17:33。本专利技术对所述K2CO3、CuO和MnO2的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。本专利技术对所述混合研磨的具体实施方式没有特殊要求，以能实现原料的混合即可。在本专利技术中，所述混合研磨的时间优选为0.5h。得到原料混合物后，本专利技术将所述原料混合物依次进行成型和烧结处理，得到钾铜锰氧化物。在本专利技术中，所述成型优选为将所述原料混合物压制成片；所述压制优选采用加压的方式进行，本专利技术对加压的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的以能升至20MPa为准；本专利技术加压至20MPa后即将所述原料混合物压制成片。在本专利技术中，所述压制得到片状成型料优选为直径为1.5cm，厚度为1.3cm左右的圆片。本专利技术在烧结处理前先进行成型处理可以使各个组分接触更紧密，利于烧结过程中相的形成。所述成型后，本专利技术对得到的片状成型料进行烧结处理，得到钾铜锰氧化物。在本专利技术中，所述烧结的温度优选为700～1000℃，进一步优选为900℃，所述烧结的时间优选为15h。本专利技术在所述烧结过程中，进行成相，得到具有层状结构的氧化物。所述烧结后，本专利技术优选对得到的烧结产物进行粉碎，得到粉末状氧化物。在本专利技术中，所述粉碎优选为研磨；本专利技术对所述研磨的具体实施方式没有特殊要求，以能得到目标粒径要求的粉末状氧化物即可。本专利技术提供的钾铜锰氧化物可以作为正极材料使用，即钾铜锰氧化物正极材料。本专利技术提供了一种正电极的制备方法，包含以下步骤：(1)将上述技术方案所述钾铜锰氧化物、导电助剂、粘结剂和有机溶剂混合，得到混合浆料；(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料涂覆在金属基底表面，得到初级正电极；(3)将所述步骤(2)得到的初级正电极依次进行干燥和压制，得到正电极。本专利技术将上述技术方案所述钾铜锰氧化物、导电助剂、粘结剂和有机溶剂混合，得到混合浆料。在本专利技术中，所述导电助剂优选为SuperP、科琴黑、碳黑和乙炔黑中的一种或多种。在本专利技术中，所述粘结剂优选为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；当所述粘结剂采用聚偏氟乙烯时，所述聚偏氟乙烯优选以聚偏氟乙烯溶液的形式提供，所述聚偏氟乙烯溶液的质量浓度优选为7％。在本专利技术中，所述有机溶剂优选为N-甲基-2-吡咯烷酮。本专利技术采用导电助剂、粘结剂和有机溶剂只是制作极片所需的物质，是本领域技术人员熟知的方法。在本专利技术中，所述钾铜锰氧化物、导电助剂、粘结剂和有机溶剂的质量比优选为8：1：1：13.3。本专利技术对所述钾铜锰氧化物、导电助剂、粘结剂和有机溶剂的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钾铜锰氧化物，组分为K0.68Cu0.34Mn0.66O2，具有层状结构。

【技术特征摘要】
1.一种钾铜锰氧化物，组分为K0.68Cu0.34Mn0.66O2，具有层状结构。2.权利要求1所述钾铜锰氧化物的制备方法，包括以下步骤：将K2CO3、CuO和MnO2进行混合研磨，得到原料混合物；所述K2CO3、CuO和MnO2的摩尔比为17:17:33；将所述原料混合物依次进行成型和烧结处理，得到钾铜锰氧化物；所述烧结的温度为700～1000℃，所述烧结的时间为15h。3.一种正电极的制备方法，包含以下步骤：(1)将权利要求1所述钾铜锰氧化物或权利要求2所述制备方法制备得到的钾铜锰氧化物与导电助剂、粘结剂、有机溶剂混合，得到混合浆料；(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料涂覆在金属基底表面，得到初级正电极；(3)将所述步骤(2)得到的初级正电极依次进行干燥和压制，得到正电极。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钾铜锰氧化物、导电助剂、粘结剂和有机溶剂的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜菲，陈曦，孟醒，陈楠，陈岗，王春忠，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22