负极材料、负极、钾离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种负极材料以聚对苯撑作为负极活性物质，聚对苯撑分子间主要由范德华力的相互作用产生堆叠/聚集效果，使其具有丰富的微孔结构、较大的层间距，从而有利于半径较大的钾离子的嵌入和脱出，也可以有效地缓解体积膨胀；同时，聚对苯撑具有的旋转通道进一步有利于钾离子的嵌入和脱出。将上述负极材料应用于钾离子电池制备中，配合对应的电解液体系，可以得到结构稳定的钾离子电池，且钾离子电池具有较高的比容量。

【技术实现步骤摘要】
负极材料、负极、钾离子电池及其制备方法
本专利技术涉及电池制备
，特别涉及一种负极材料、负极、钾离子电池及其制备方法。
技术介绍
能源是人类文明的重要支柱。锂离子电池作为高性能储能装置的代表，极大地改变了人们的生活。随着智能手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备的普及和应用，以及电动汽车、无人机、智能电网等大型储能设备的推广应用，同时，受全球锂资源储量的影响和不均衡分布因素方面，锂离子电池在大规模储能领域受到很大限制。为了克服锂资源短缺对锂离子电池技术发展的阻碍，需要开发一种新的替代技术。钾离子电池以其独特的优势逐渐进入人们的视野。一方面，地壳中钾含量丰富，是锂的千倍以上。另一方面，钾的物理化学性质与锂相似。在储能机理上，无论是钾离子电池还是锂离子电池，都是通过电池正负极材料中离子的可逆插入或移除来储存和释放能量的。与锂离子电池不同，钾和铝在低电位下不会发生合金化反应，因此可以使用更便宜的铝箔回收钾离子电池的阳极集电器。钾离子电池作为一种新型的电化学储能系统，有其独特的优点。可以预见，未来钾离子电池在电化学储能领域也将取得成功。但目前，钾离子电池的研究还有很长的路要走。这主要是因为钾离子的半径很大，几乎是锂离子半径的两倍。当钾离子嵌入材料中时，会引起体积膨胀。同时，钾离子在材料中的扩散比锂离子慢。这些因素的影响使得电池的循环寿命较低，容量和速率性能难以保证。因此，开发容量大、循环寿命长、动态性能优良的电极材料对钾离子电池的发展具有重要意义，而目前钾离子电池中应用的无机材料存在结构稳定性差、倍率性能不高的问题，
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种安全稳定性高、倍率性能优异的负极材料。一种负极材料，包括负极活性物质，所述负极活性物质为聚对苯撑。在其中一些实施例中，所述聚对苯撑为C12H10或C18H14中的至少一种。在其中一些实施例中，所述负极材料还包括粘结剂及导电剂，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠或聚偏氟乙烯中的至少一种，所述导电剂为导电炭黑和乙炔黑中的至少一种。在其中一些实施例中，以质量分数计，所述负极活性物质占比为60％～90％，所述粘结剂占比为3％～15％，所述导电剂占比为7％～25％。一种负极，包括集流体和所述的负极材料，所述负极材料涂覆在所述集流体上。在其中一些实施例中，所述集流体为金属箔，所述金属箔包括铜箔或铝箔。一种所述的负极的制备方法，包括下述步骤：将所述负极材料涂覆于所述集流体上，经真空干燥切片后得到所述负极。一种钾离子电池，包括正极，还包括所述的负极及电解液，所述正极及所述负极贴合在所述电解液两端。在其中一些实施例中，所述电解液包括钾盐和溶剂，所述钾盐为六氟磷酸钾、高氯酸钾、氟硼酸钾和双(氟磺酰)亚胺钾中的至少一种，所述溶剂为碳酸酯基溶剂或醚基溶剂中至少一种。在其中一些实施例中，所述碳酸酯基溶剂为乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯和氟代碳酸酯中的至少一种；所述醚基溶剂为四乙二醇二甲醚、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种。在其中一些实施例中，在所述电解液中，以质量分数计，所述钾盐占比为5％～50％，所述溶剂占比为50％～95％；在所述电解液中，以物质的量计，所述钾盐的物质的量浓度为0.1mol/L～5mol/L。一种所述的钾离子电池的制备方法，包括下述步骤：将所述正极和所述负极分别贴合在所述电解质两端，并加热聚合，得到所述锂电池。本专利技术提供的负极材料以聚对苯撑作为负极活性物质，聚对苯撑分子间主要由范德华力的相互作用产生堆叠/聚集效果，使其具有丰富的微孔结构、较大的层间距，从而有利于半径较大的钾离子的嵌入和脱出，也可以有效地缓解体积膨胀；同时，聚对苯撑具有的旋转通道进一步有利于钾离子的嵌入和脱出。将上述负极材料应用于钾离子电池制备中，配合对应的电解液体系，可以得到结构稳定的钾离子电池，且钾离子电池具有较高的比容量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的负极的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的钾离子电池的结构示意图；图3为本专利技术实施例1提供的聚对苯撑(C12H10)的晶体结构图；图4为本专利技术实施例1提供的嵌K+的聚对苯撑(C12H10)的晶体结构图；图5为本专利技术实施例1提供的嵌K+的聚对苯撑(KXC12H10；X＝0，1，2，3，4，5)的电子态密度分布图；图6为本专利技术实施例1提供的聚对苯撑(C12H10)连续嵌K+数量与形成能的变化关系图；图7为本专利技术实施例1提供的聚对苯撑(C12H10)连续嵌K+数量与负极半电池的平均开路电压关系图；图8为本专利技术实施例1提供的钾离子的迁移路径与对应过程的势垒示意图；图9为本专利技术实施例2提供的聚对苯撑(C18H14)的晶体结构图；图10为本专利技术实施例2提供的嵌K+的聚对苯撑(C18H14)的晶体结构图；图11为本专利技术实施例2提供的嵌K+的聚对苯撑(KXC18H14；X＝0，1，2，3，4，5)的电子态密度分布图；图12为本专利技术实施例2提供的聚对苯撑(C18H14)连续嵌K+数量与形成能的变化关系图；图13为本专利技术实施例2提供的聚对苯撑(C18H14)连续嵌K+数量与负极半电池的平均开路电压关系图；图14为本专利技术实施例2提供的钾离子的迁移路径与对应过程的势垒示意图；具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。一实施方式提供的负极材料，包括负极活性物质，所述负极活性物质为聚对苯撑。在其中一些实施例中，所述聚对苯撑为C12H10或C18H14中的至少一种。在其中一些实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于，包括负极活性物质，所述负极活性物质为聚对苯撑。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括负极活性物质，所述负极活性物质为聚对苯撑。


2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述聚对苯撑为C12H10或C18H14中的至少一种。


3.如权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还包括粘结剂及导电剂，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠或聚偏氟乙烯中的至少一种，所述导电剂为导电炭黑和乙炔黑中的至少一种。


4.如权利要求3所述的负极材料，其特征在于，以质量分数计，所述负极活性物质占比为60％～90％，所述粘结剂占比为3％～15％，所述导电剂占比为7％～25％。


5.一种负极，其特征在于，包括集流体和权利要求1～4任一项所述的负极材料，所述负极材料涂覆在所述集流体上。


6.如权利要求5所述的负极，其特征在于，所述集流体为金属箔，所述金属箔包括铜箔或铝箔。


7.一种如权利要求5所述的负极的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
将所述负极材料涂覆于所述集流体上，经真空干燥切片后得到所述负极。


8.一种钾...

【专利技术属性】
技术研发人员：海玉龙，钟国华，李萌虎，陆宁，徐海洋，张思远，吕海燕，陆子恒，杨春雷，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44