【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钾离子电池材料，特别涉及一种新型钾离子电池负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着现代社会对能源的需要日益增长，电动汽车、便携式电子设备、以及储能技术的大规模部署和应用，锂电池发展到现在正面临着能量密度提升慢、锂和钴资源丰度的稀缺、成本高等方面遇到了挑战。
2、作为传统锂离子电池(libs)的替代品，钾离子电池(kibs)因其与成熟的libs技术在存储机理、电解液配置和电压高等方面有许多相似之处，而又因钾资源丰富，分布广泛，在地壳中含量为1.5wt％(锂资源含量仅为0.0017％)被人们关注，引起了广泛的研究兴趣。
3、然而，k+的阳离子半径大于li+和na+，会对离子的储存能力产生不利影响，与此同时，在循环过程中也易引起材料体积膨胀，使循环性能变差。此外，钾离子的迁移速度缓慢，难以进行快速充放电，导致倍率性能差。因此，与libs相比，kibs普遍表现出较差的储钾容量、循环稳定性和倍率性能。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种新型钾离子电池负极材料及其制备方法和应用，通过将磷元素和碳元素均匀分散于多孔五氧化二铌(nb2o5)的孔隙中，一方面利用五氧化二铌本身能够承受钾离子在脱嵌过程中的应力作用和极低体积膨胀率(小于5％)，以及可以进行可逆的吸收钾离子的特点，来保证材料的储钾容量和初始效率；另一方面将五氧化二铌形成多孔骨架结构，可以抑制磷在充放电过程中高的体积膨胀，避免材料粉化，提高电池的循环性能；此外，分散在多孔五氧化二铌孔隙中的磷
2、第一方面，本专利技术实施例提供了一种新型钾离子电池负极材料，所述新型钾离子电池负极材料包括：多孔五氧化二铌、磷元素和碳元素；
3、其中，所述磷元素均匀分散于多孔五氧化二铌的孔隙内；所述碳元素均匀分布于多孔五氧化二铌的孔隙内和外表面；
4、所述多孔五氧化二铌的孔隙的孔径在1nm-500nm之间；
5、所述多孔五氧化二铌的粒径dv50在500nm-50μm之间；
6、所述多孔五氧化二铌的孔隙率在20％-70％之间。
7、优选的，所述磷元素的质量占所述新型钾离子电池负极材料总质量的百分比为0.5％-20％；
8、所述碳元素的质量占所述新型钾离子电池负极材料总质量的百分比为0.5％-20％。
9、优选的，所述新型钾离子电池负极材料还包括碳包覆层；所述碳包覆层的质量占所述新型钾离子电池负极材料总质量的百分比为0-20％。
10、第二方面本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的新型钾离子电池负极材料的制备方法，所述制备方法包括：
11、制备多孔五氧化二铌；
12、将多孔五氧化二铌、磷源材料和碳源材料按比例混合均匀，在惰性气氛中，通过化学气相沉积法、液相法或固相法中的一种，使所述磷源材料和所述碳源材料分散于多孔五氧化二铌的孔隙中，得到前驱体；
13、将前驱体置于高温炉中，经过高温热处理后，得到新型钾离子电池负极材料。
14、优选的，所述制备多孔五氧化二铌的方法，具体为：将五氧化二铌通过气相包覆、液相包覆或固相包覆中的一种方法进行碳包覆处理；
15、将含碳包覆层的五氧化二铌与碱金属的碳酸盐或碱金属的氢氧化物混合均匀后，置于高温炉内，在300℃-1000℃温度下，熔融分散10min-1小时，冷却后经过水洗、过滤、烘干，得到多孔五氧化二铌；
16、所述熔融分散的搅拌速率为200r/min-800r/min；
17、所述多孔五氧化二铌的孔隙率在20％-70％之间。
18、优选的，所述磷源材料包括：红磷、黑磷、蓝磷、紫磷中的一种或多种；
19、所述碳源材料包括：乙炔、丙烷、丙烯、天然气、石墨烯、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、导电炭黑、导电碳纤维、沥青、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、酚醛树脂、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
20、优选的，所述高温热处理的温度为600℃-1000℃，保温时间为1小时-4小时。
21、优选的，所述制备方法还包括对所述新型钾离子电池负极材料进行碳包覆处理；
22、所述碳包覆处理的方法包括：气相包覆、液相包覆、固相包覆中的一种；
23、所述碳包覆处理形成的碳包覆层的质量占新型钾离子电池负极材料总质量的0-20％。
24、第三方面，本专利技术实施例提供了一种负极极片，所述负极极片包括上述第一方面所述的新型钾离子电池负极材料。
25、第四方面，本专利技术实施例提供了一种钾离子电池，所述钾离子电池包括上述第三方面所述的负极极片。
26、本专利技术提供了一种新型钾离子电池负极材料，通过将磷元素和碳元素均匀分散于多孔五氧化二铌(nb2o5)的孔隙中，一方面利用五氧化二铌本身能够承受钾离子在脱嵌过程中的应力作用和极低体积膨胀率(小于5％)，以及可以进行可逆的吸收钾离子的特点，来保证材料的储钾容量和初始效率；另一方面将五氧化二铌形成多孔骨架结构，可以抑制磷在充放电过程中高的体积膨胀，避免材料粉化，提高电池的循环性能；此外，分散在多孔五氧化二铌孔隙中的磷单质和碳单质，磷具有高比容量，碳具有高导电性，可以使材料保持较高的容量的同时，提高材料整体的导电性能；通过上述五氧化二铌的特性、多孔骨架结构以及高比容量的磷和高导电性的碳，这三方面的协同作用，使本专利技术提供的新型钾离子电池负极材料具有较低的体积膨胀率、较高的比容量和较好的循环性能。
27、本专利技术提供的一种新型钾离子电池负极材料可以作为负极活性材料制备负极极片并应用于钾离子电池中，使钾离子电池具有较高的储钾容量，较好的循环稳定性和倍率性能的特点。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种新型钾离子电池负极材料，其特征在于，所述新型钾离子电池负极材料包括：多孔五氧化二铌、磷元素和碳元素；
2.根据权利要求1所述的新型钾离子电池负极材料，其特征在于，所述磷元素的质量占所述新型钾离子电池负极材料总质量的百分比为0.5％-20％；
3.根据权利要求1所述的新型钾离子电池负极材料，其特征在于，所述新型钾离子电池负极材料还包括碳包覆层；所述碳包覆层的质量占所述新型钾离子电池负极材料总质量的百分比为0-20％。
4.一种上述权利要求1-3任一所述的新型钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备多孔五氧化二铌的方法，具体为：将五氧化二铌通过气相包覆、液相包覆或固相包覆中的一种方法进行碳包覆处理；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述磷源材料包括：红磷、黑磷、蓝磷、紫磷中的一种或多种；
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高温热处理的温度为600℃-1000℃，保温时间为1小时-4小时。
9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括上述权利要求1-3任一所述的新型钾离子电池负极材料。
10.一种钾离子电池，其特征在于，所述钾离子电池包括上述权利要求9所述的负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种新型钾离子电池负极材料，其特征在于，所述新型钾离子电池负极材料包括：多孔五氧化二铌、磷元素和碳元素；
2.根据权利要求1所述的新型钾离子电池负极材料，其特征在于，所述磷元素的质量占所述新型钾离子电池负极材料总质量的百分比为0.5％-20％；
3.根据权利要求1所述的新型钾离子电池负极材料，其特征在于，所述新型钾离子电池负极材料还包括碳包覆层；所述碳包覆层的质量占所述新型钾离子电池负极材料总质量的百分比为0-20％。
4.一种上述权利要求1-3任一所述的新型钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备多孔五氧化二铌的方法，具...
【专利技术属性】
技术研发人员：王静，刘柏男，罗飞，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。