The invention discloses a dendrite-free high cycle life potassium metal electrode and its preparation method and application as an anode of potassium metal batteries. The metal oxide/porous carbon composite material with large specific surface area and large number of nucleation centers is prepared by one-step pore forming and carbonization process, and then the metal oxide/porous carbon composite material is electrodeposited on the conductive load. Potassium metal is deposited on the body to prepare a dendrite free high cycle life potassium metal electrode. The motor consists of a metal oxide/porous carbon composite carrier, a potassium metal deposited on the carrier and a SEI film on the surface. The dendrite-free high cycle life potassium metal electrode has the characteristics of high coulomb efficiency and dendrite-free growth, and can be used as a potassium metal negative electrode. When matching with sulfur cathode material or other potassium cathode material, the energy density and cycle stability of the whole battery are significantly improved.
【技术实现步骤摘要】
一种无枝晶高循环寿命钾金属电极及其制备方法和应用
本专利技术涉及钾金属二次电池负极材料的
,具体涉及一种无枝晶高循环寿命钾金属电极及其制备方法和作为钾金属电池负极的应用。
技术介绍
低成本、高能量密度的绿色环保储能器件,在移动通讯、电动汽车和储能领域具有广阔的应用前景。然而地球上的锂资源储备量低(0.0017wt.%)以及不均匀分布导致锂离子电池成本的快速上涨。其他碱金属元素中,钾的储量是锂的1200多倍(2.09wt.%),此外钾具有最更接近锂的电位(Li+/Li-3.04Vvs.SHE,Na+/Na-2.71Vvs.SHE,K+/K-2.93Vvs.SHE),因此钾离子电池具有较低的制备成本,最接近锂的电化学性能和比钠大的电化学窗口等特点,成为可替代锂二次电池的新型储能器件。在钾离子电池负极材料中,钾金属负极相对于碳材料、金属氧化物等具有更高的比容量。但由于钾电极表面不平整导致反应电场分布不均匀,致使钾在循环沉积过程产生尖端凸起,最终产生枝晶,严重的锂枝晶会刺穿隔膜而导致内部短路,引起电池热失控甚至爆炸。因此,构建结构稳定的无枝晶电极对钾二次电池的应用发展具有重要意义。针对枝晶问题,目前的改性研究主要集中在利用物理法抑制枝晶的生长,例如构建超硬陶瓷界面阻挡枝晶。然而简单的物理法并不能从根本上解决枝晶生长的问题,并在长循环中枝晶会穿透阻挡界面的裂缝等,最终导致界面的破碎和电池循环的快速衰减。枝晶生长的原因是形核的电位要高于生长的电位,导致在钾金属沉积的过程中,更偏向于在已经形成的核上生长,而不能形成新的核,导致钾金属的堆积,生长为枝晶。因此,只有从 ...
【技术保护点】
1.一种无枝晶高循环寿命钾金属电极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1)将生物碳前驱体放入膨化机内膨化,再浸入金属氧化物前驱体水溶液浸泡,保护气体保护下高温碳化造孔,获得金属氧化物复合多孔碳材料;2)在保护气体保护下,采用金属氧化物复合多孔碳材料制作阳极,钾金属作为阴极并浸润到钾离子电解液中,在两极负载电流,获得无枝晶高循环寿命钾金属电极。
【技术特征摘要】
1.一种无枝晶高循环寿命钾金属电极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1)将生物碳前驱体放入膨化机内膨化,再浸入金属氧化物前驱体水溶液浸泡,保护气体保护下高温碳化造孔,获得金属氧化物复合多孔碳材料;2)在保护气体保护下,采用金属氧化物复合多孔碳材料制作阳极,钾金属作为阴极并浸润到钾离子电解液中,在两极负载电流,获得无枝晶高循环寿命钾金属电极。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述的生物碳前驱体为大米、小米、玉米、粳米、黑米、薏米中的一种或两种以上。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述的膨化的条件为0.5~5Mpa大气压下200~500℃膨化3~15min。4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述的金属氧化物前驱体水溶液中的阳离子为镍离子、钴离子、铁离子、锰离子、锌离子中的一种或两种以上;所述的金属氧化物前驱体水溶液中的阴离子为氯离子、醋酸根离子、硫酸根离子中的一种或两种以上;所述的金属氧化物前驱体水溶液中金属氧化物前驱体摩尔浓度为0...
【专利技术属性】
技术研发人员:夏新辉,李玉倩,章理远,王秀丽,涂江平,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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