负极活性材料及其制备方法、负极材料、负极、及钾离子电池技术

一种负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：混合Ti

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及其制备方法、负极材料、负极、及钾离子电池
本专利技术涉及钾离子电池
，尤其涉及一种负极活性材料的制备方法、由所述负极活性材料的制备方法所制得的负极活性材料、应用所述负极活性材料的负极材料、应用所述负极材料的负极、及应用所述负极的钾离子电池。
技术介绍
目前，商用储能电池主要以锂离子电池为主。然而，锂资源的地球丰度较低，且分布不均，导致锂离子电池的价格昂贵，无法满足大规模储能的需求，并严重阻碍了其新能源行业的发展。钾离子电池具有和锂离子电池类似的储能机理，并且钾资源的地球丰度远远高于锂资源，被认为是最有希望替代锂离子电池的储能装置。现有的钾离子电池通常采用三磷化锡(Sn4P3)作为负极活性材料。然而，Sn4P3通常由球磨法制得，制得的Sn4P3体积较大，在钾离子电池的充放电过程中，Sn4P3与钾离子反应生成Sn和KxP，Sn聚集形成Sn大颗粒，钾离子也会插入Sn大颗粒中，生成KSn，不仅会导致三磷化锡的体积至少膨胀三倍以上，还会造成Sn粉化，还，进而导致钾离子电池具有循环寿命较短和循环性能较差的缺点。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种负极活性材料的制备方法，以解决上述钾离子电池的循环寿命较短和循环性能较差的问题。另，还有必要提供一种负极活性材料。另，还有必要提供一种负极材料。另，还有必要提供一种负极。另，还有必要提供一种钾离子电池。一种负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：提供Ti3C2、锡盐、溶剂、及NaH2PO2；混合所述Ti3C2、锡盐、及溶剂，得到前驱体溶液；对所述前驱体溶液进行加热处理，得到Ti3C2/SnO2前驱体；混合所述Ti3C2/SnO2前驱体和NaH2PO2，得到混合物；对所述混合物进行高温磷化处理，所述Ti3C2/SnO2前驱体中的SnO2与NaH2PO2发生原位磷化反应，得到作为负极活性材料的Ti3C2/Sn4P3复合物，所述Ti3C2/Sn4P3复合物中的Sn4P3的粒径为20nm～50nm。进一步地，所述锡盐为SnCl2、SnCl2·2H2O、Sn(OH)2、及Sn(NO3)2中的至少一种；和/或所述溶剂为去离子水、乙醇、及乙二醇中的至少一种；和/或所述前驱体溶液的浓度为0.05mmol/L～0.1mmol/L；和/或所述Ti3C2/SnO2前驱体的粒径为500nm～2.5μm；和/或所述Ti3C2/Sn4P3复合物的粒径为500nm～2.5μm；和/或所述Ti3C2与锡盐的质量比为1：(1～5)；和/或所述Ti3C2/SnO2前驱体与NaH2PO2的质量比为1：(0.2～1)。进一步地，所述加热处理的温度为150℃～250℃，所述加热处理的时间为6h～10h；和/或所述高温磷化处理为在惰性气体的保护下，以5℃/min～10℃/min的升温速率，将所述混合物加热至250℃～400℃，保温0.2h～2h。进一步地，所述负极活性材料的制备方法还包括对所述混合物进行研磨处理的步骤；和/或所述负极活性材料的制备方法还包括对所述前驱体溶液进行加热处理后，通过离心、过滤、及洗涤得到Ti3C2/SnO2前驱体的步骤。一种负极活性材料，为Ti3C2/Sn4P3复合物，所述Ti3C2/Sn4P3复合物中的Sn4P3的粒径为20nm～50nm。进一步地，所述Ti3C2/Sn4P3复合材料中，所述Ti3C2具有层状结构，所述Sn4P3附着于负载该层状结构的表面。一种负极材料，包括所述负极活性材料、粘结剂、及导电剂。进一步地，所述负极活性材料、粘结剂、及导电剂的质量比为6～8：1～2：1；和/或所述粘结剂为甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、水溶性橡胶、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、及聚四氟乙烯中的至少一种；和/或所述导电剂为石墨烯、石墨、炭黑、乙炔黑、碳纤维、及碳纳米管中的至少一种。一种负极，包括集流体和覆着于集流体上的负极膜，所述负极膜的材质为所述负极材料。一种钾离子电池，包括所述负极、钾正极、及电解液，所述负极和钾正极均置于电解液中。本专利技术所提供的负极活性材料的制备方法，在对所述前驱体溶液进行加热处理的过程中，锡盐水解生成SnO2纳米颗粒，SnO2纳米颗粒可均匀地附着于Ti3C2的表面，形成Ti3C2/SnO2前驱体。在对Ti3C2/SnO2前驱体进行高温磷化处理的过程中，Ti3C2/SnO2前驱体中的SnO2与NaH2PO2发生原位磷化反应，得到作为负极活性材料的Ti3C2/Sn4P3复合物。本专利技术通过对Ti3C2/SnO2前驱体进行高温磷化处理，制得的Ti3C2/Sn4P3复合物中，Sn4P3的粒径较小，为20nm～50nm，在钾离子电池的充放电过程中，三磷化锡体积不会过于膨大，使得应用该负极活性材料的钾离子电池具有循环寿命较长和循环性能较佳的优点。进一步地，所述Ti3C2作为导电骨架，不仅可作为Sn4P3的载体，还可将Sn4P3与钾离子反应生成的Sn隔离开，防止Sn大颗粒和KSn的生成，避免了三磷化锡体积的膨胀和Sn粉化，延长了应用该负极活性材料的钾离子电池的循环寿命并增强了应用该负极活性材料的钾离子电池的循环性能。附图说明图1为本专利技术实施例提供的Ti3C2/Sn4P3复合物的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例一的钾离子电池的循环性能图。图3是本专利技术实施例二的钾离子电池的循环性能图。图4是本专利技术实施例三的钾离子电池的循环性能图。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。在本专利技术的各实施例中，为了便于描述而非限制本专利技术，本专利技术专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。本专利技术实施例提供一种负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：提供Ti3C2、锡盐、溶剂、及N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供Ti

【技术特征摘要】
1.一种负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供Ti3C2、锡盐、溶剂、及NaH2PO2；
混合所述Ti3C2、锡盐、及溶剂，得到前驱体溶液；
对所述前驱体溶液进行加热处理，得到Ti3C2/SnO2前驱体；
混合所述Ti3C2/SnO2前驱体和NaH2PO2，得到混合物；
对所述混合物进行高温磷化处理，所述Ti3C2/SnO2前驱体中的SnO2与NaH2PO2发生原位磷化反应，得到作为负极活性材料的Ti3C2/Sn4P3复合物，所述Ti3C2/Sn4P3复合物中的Sn4P3的粒径为20nm～50nm。


2.根据权利要求1所述的负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述锡盐为SnCl2、SnCl2·2H2O、Sn(OH)2、及Sn(NO3)2中的至少一种；和/或
所述溶剂为去离子水、乙醇、及乙二醇中的至少一种；和/或
所述前驱体溶液的浓度为0.05mmol/L～0.1mmol/L；和/或
所述Ti3C2/SnO2前驱体的粒径为500nm～2.5μm；和/或
所述Ti3C2/Sn4P3复合物的粒径为500nm～2.5μm；和/或
所述Ti3C2与锡盐的质量比为1：(1～5)；和/或
所述Ti3C2/SnO2前驱体与NaH2PO2的质量比为1：(0.2～1)。


3.根据权利要求1所述的负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度为150℃～250℃，所述加热处理的时间为6h～10h；和/或
所述高温磷化处理为在惰性气体的保护下，以5℃/min～10℃/min的升温速率，将所述混合物加热至250℃～400℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，陈刚，吉飞，慎义勇，彭娟，米永红，
申请(专利权)人：深圳市环保科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44