一种氟磷酸钒氧钾及其制备方法和应用、一种钾离子电池技术

本发明专利技术提供了一种氟磷酸钒氧钾机器制备方法和应用，一种锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明专利技术使用Na3(VO)2(PO4)2F作为原料，其具有较大的聚阴离子基团，通过恒电流电化学充放电的方式进行离子交换，所得氟磷酸钒氧钾具有稳定的晶体结构，用作锂离子正极活性物质时能够抑制钾离子在充放电过程进行脱嵌的体积效应，从而提升锂离子电池的循环性能；氟离子具有较强的电负性和诱导效应，可以诱导V的氧化还原电位，使氟磷酸钒氧钾具有更高的工作电压。同时，本发明专利技术所得氟磷酸钒氧钾具有良好的低温性能，其在

【技术实现步骤摘要】
一种氟磷酸钒氧钾及其制备方法和应用、一种钾离子电池


[0001]本专利技术涉及地钾离子电池
，特别涉及一种氟磷酸钒氧钾及其制备方法和应用、一种钾离子电池。

技术介绍

[0002]随着全球能源危机日益加重，可充电锂离子电池已经被广泛应用于能源存储系统。然而，由于锂资源的稀缺和发展需求的增加，伴随而来的是锂离子电池的成本日益提高，这无形当中限制其在大规模储能系统中的应用。因此寻找资源丰富、价格低廉、高性能和高能量密度的二次电池成为急需解决的问题。
[0003]钾和锂位于同一主族，具有相似的物理和化学性质，并且钾资源储量丰度较高，价格便宜。同时，钾不与金属铝发生反应，这将进一步降低钾离子电池的生产成本。钾的标准电极电势(
‑
2.93V)与锂标准电极电势相当(
‑
3.04V)，优于钠的标准电极电势(
‑
3.73V)，这将有利于提升钾离子电池的工作电压与能量密度。但由于钾离子电池中钾离子具有较大的离子半径、较慢的离子迁移动力学，目前钾离子电池正极材料还研究的较少，仅有磷酸钒钾、氟硫酸铁钾能够由于钾离子电池，但它们的工作电压和能量密度都相对较低，使得锂离子电池的放电比容量和循环性能较差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种氟磷酸钒氧钾及其制备方法和应用、一种钾离子电池。本专利技术提供的氟磷酸钒氧钾用作锂离子电池正极活性物质时具有良好的放电比容量和循环性能，且具有良好的低温性能。
[0005]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：
[0006]本专利技术提供了一种氟磷酸钒氧钾的制备方法，包括以下步骤：
[0007]以Na3(VO)2(PO4)2F为正极材料，以钾为负极材料，以KPF6有机溶液作为电解液进行恒电流电化学充放电，得到氟磷酸钒氧钾。
[0008]优选的，所述恒电流电化学充放电的电压为2～4.5V，电流密度为10～100mA g
‑1，循环次数为10～100圈。
[0009]本专利技术提供了上述制备方法得到的氟磷酸钒氧钾，分子式为K3(VO)2(PO4)2F，空间群为I4/mmm，晶系为四方晶系。
[0010]本专利技术提供了上述氟磷酸钒氧钾作为钾离子电池正极活性物质的应用。
[0011]本专利技术提供了一种钾离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于，所述正极中的正极活性物质为上述的氟磷酸钒氧钾；
[0012]所述负极中的负极活性物质为预钾化石墨；
[0013]所述电解液为KPF6有机溶液。
[0014]优选的，所述正极活性物质与负极活性物质的质量比为2.2～3:1。
[0015]优选的，所述预钾化石墨的制备方法包括：
[0016]将石墨与钾接触，浸没于KPF6有机溶液中，得到预钾化石墨。
[0017]优选的，所述KPF6有机溶液的浓度为0.5～1.5M；所述KPF6有机溶液的溶剂为碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和碳酸乙烯酯中的多种。
[0018]优选的，所述正极中还包括正极粘结剂和正极导电剂，所述负极中还包括负极粘结剂和负极导电剂；
[0019]所述正极粘结剂和负极粘结剂独立为羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯和海藻酸钠中的一种或几种；
[0020]所述正极导电剂和负极导电剂独立为乙炔黑、炭黑、碳纳米管和科琴黑中的一种或几种。
[0021]优选的，所述正极中正极活性物质的含量为70～90wt％，正极导电剂的含量为5～20wt％，正极粘结剂的含量为5～10％；
[0022]所述负极中负极活性物质的含量为80～90wt％，负极导电剂的含量为5～10wt％，负极粘结剂的含量为5～10％。
[0023]本专利技术提供了一种氟磷酸钒氧钾的制备方法，包括以下步骤：以Na3(VO)2(PO4)2F为正极材料，以钾为负极材料，以KPF6的有机溶液作为电解液进行恒电流电化学充放电，得到氟磷酸钒氧钾。本专利技术使用Na3(VO)2(PO4)2F作为原料，其具有较大的聚阴离子基团，通过恒电流电化学充放电的方式进行离子交换，所得氟磷酸钒氧钾具有稳定的晶体结构，用作锂离子正极活性物质时能够抑制钾离子在充放电过程进行脱嵌的体积效应，从而提升锂离子电池的循环性能；传统的磷酸钒钾(KPV)平均工作电压为3.75左右，本申请使用了氟离子进行取代钒，氟离子具有较强的电负性和诱导效应，可以诱导V的氧化还原电位，使氟磷酸钒氧钾具有更高的工作电压(可达3.75V)。同时，本专利技术所得氟磷酸钒氧钾具有良好的低温性能，其在
‑
25～25℃下具有良好的放电比容量。
[0024]本专利技术提供了一种锂离子电池，本专利技术以氟磷酸钒氧钾作为正极活性物质，以预钾化石墨作为负极活性物质，具有良好的电化学性能，具体表现为具有高放电比容量和循环性能。同时，本专利技术提供的锂离子电池具有良好的低温性能。
附图说明
[0025]图1是实施例1所得K3(VO)2(PO4)2F的XRD图；
[0026]图2是实施例2所得K3(VO)2(PO4)2F的倍率性能和循环性能图；
[0027]图3是实施例2所得锂电池的倍率性能图；
[0028]图4是实施例2所得锂电池的循环性能图；
[0029]图5是实施例4所得K3(VO)2(PO4)2F的倍率性能图；
[0030]图6是实施例4所得K3(VO)2(PO4)2F的循环性能图。
具体实施方式
[0031]本专利技术提供了一种氟磷酸钒氧钾的制备方法，包括以下步骤：
[0032]以Na3(VO)2(PO4)2F为正极材料，以钾为负极材料，以KPF6有机溶液作为电解液进行恒电流电化学充放电，得到氟磷酸钒氧钾。
[0033]本专利技术对原料Na3(VO)2(PO4)2F、钾的来源没有特殊的要求，使用本领域市售的上
述原料即可。
[0034]在本专利技术中，所述KPF6有机溶液的浓度优选为0.5～1.5M，更优选为1M；所述KPF6有机溶液的溶剂优选为碳酸丙烯酯(PC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和碳酸乙烯酯(EC)中的多种；进一步的，在本专利技术中，所述PC具有较低的凝固点，有利于电极材料低温性能的发挥。当所述KPF6有机溶液的溶剂为PC和FEC的混合液时，所述PC和FEC的体积比优选为20～1：1，更优选为20:1、10:1或1:1；当所述KPF6有机溶液的溶剂为EC和PC的混合液时，所述EC和PC的体积比优选为1:1；当所述KPF6有机溶液的溶剂为EC、PC和FEC的混合液时，所述EC、PC和FEC的体积比优选为10:10:1。
[0035]在本专利技术中，所述恒电流电化学充放电的电压优选为2～4.5V，更优选为3～4V；电流密度优选为10～100mA g
‑1，更优选为20～50mA g
‑1，循环次数优选为10～100圈，更优选为30～70圈。
[0036]本专利技术提供了上述制备方法制备得到的氟磷酸钒氧钾，其分子式为K3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟磷酸钒氧钾的制备方法，包括以下步骤：以Na3(VO)2(PO4)2F为正极材料，以钾为负极材料，以KPF6有机溶液作为电解液进行恒电流电化学充放电，得到氟磷酸钒氧钾。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述恒电流电化学充放电的电压为2～4.5V，电流密度为10～100mAg
‑1，循环次数为10～100圈。3.权利要求1或2所述制备方法得到的氟磷酸钒氧钾，分子式为K3(VO)2(PO4)2F，空间群为I4/mmm，晶系为四方晶系。4.权利要求3所述氟磷酸钒氧钾作为钾离子电池正极活性物质的应用。5.一种钾离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于，所述正极中的正极活性物质为权利要求3所述的氟磷酸钒氧钾；所述负极中的负极活性物质为预钾化石墨；所述电解液为KPF6有机溶液。6.根据权利要求5所述的钾离子电池，其特征在于，所述正极活性物质与负极活性物质的质量比为2.2～3:1。7.根据权利要求5所述的钾离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兴隆，谷振一，吕红艳，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：