[发明专利]一种钾/普鲁士蓝二次电池

说明书

技术领域

本发明属电化学技术领域，具体涉及一种钾/普鲁士蓝二次电池。

背景技术

如何优化可再生能源（例如风能和太阳能）的利用率。此问题成为全球关注的焦点。解决方案是使用低成本和环保的可充电电池存储可再生能源。大规模的储能需要大量的化学电源，而目前已被广泛应用的锂离子电池虽然已取得了很大的进展，但对于这些应用，不再是理想选择。因为，锂元素在地壳中的储量低，这会导致价格昂贵。相比之下，钾元素在地壳中的含量是锂元素的大约350倍，并且钾元素有着与锂相似的物理和化学性能，所以钾离子电池作为大规模储能应用的电池将会有很大优势。

但是，钾离子半径大，找到一种能使钾离子可逆嵌入脱出而结果稳定的框架材料是一项具有挑战性的工作。普鲁士蓝类材料(通式为A_xM_y[M'(CN)₆]_z，其中A是碱金属如Li,Na，K,Rb；M'和M是过渡金属，如Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Mn,Ti)具有完整的立方晶型，其三维空间结构存在大量配位空隙,为钾离子嵌入脱出提供了有效的通道。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能优良、价格低廉的钾/普鲁士蓝二次电池。

本发明提供的钾/普鲁士蓝二次电池，是由普鲁士蓝材料为正极，金属钾片为负极，以及电解液和隔膜组成的新的电池体系。经研究表明，普鲁士蓝作为电极材料具有良好的电化学性能，可用于制作高性能钾离子电池。目前为止没有关于普鲁士蓝粉体材料用作有机系钾离子电池电极材料的报道。

本发明提供的钾/普鲁士蓝二次电池，其制备的具体步骤为：

步骤1，正极制备：普鲁士蓝材料涂布在集流体铝箔，钛箔，铂片或泡沫镍上，烘干，得到普鲁士蓝正极；

步骤2，组装电池：将上述完成普鲁士蓝极片作为正极，以金属钾片为负极，与有机电解液、隔膜组装成电池体系。

本发明中，所述的普鲁士蓝材料为：FeFe(CN)₆, CrFe(CN)₆，Fe₄[Fe(CN)₆]₃, Ti_xFe_1-xFe(CN)₆ (x:0-1)，K₄Fe(CN)₆，KFeFe(CN)₆, KNiFe(CN)₆, KCoFe(CN)₆，KMnFe(CN)₆,KCuFe(CN)₆, KZnFe(CN)₆,KCoFe(CN)₆ , KTiFe(CN)₆, K₂CoFe(CN)₆，K₂NiFe(CN)₆，K₂CuFe(CN)₆，K₂ZnFe(CN)₆中的一种，或其中的几种。

本发明中，所述的电解液中电解质选择自六氟磷酸钾、高氯酸钾、三氟甲基磺酸钾、二(三氟甲基磺酰)亚胺钾等中的任意一种，或其中几种。

本发明中，所述的电解液中溶剂选择二甲基乙二醚、二乙二醇二甲醚、四甘醇二甲醚，二甘醇二甲醚，碳酸二乙酯，碳酸丙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸乙烯酯，碳酸甲基乙基酯中的任意一种，或其中几种。

本发明中，所述的隔膜是Celgrad、旭化成、东然、ENTEK等中的任意一种，或其中几种。

具体地，如以普鲁士蓝粉末材料，与导电剂气相生长碳纤维（VGCF）、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按一定质量比（如7-10:1-1.2:1）混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）为溶剂，用高速乳化机混合成浆后均匀涂布在集流体Al箔上，然后在一定温度（如55-70℃）的真空干燥箱中烘干（如20h-28h），备用。以金属钾片为正极，普鲁士蓝材料为正极，Celgrad 2325为隔膜，0.5-1.0 mol L^-1六氟磷酸钾（KPF₆）/碳酸乙烯酯(EC):碳酸二甲酯(DEC)为电解液组装成电池。

本发明中，普鲁士蓝材料的结构由X射线粉末衍射仪（XRD，Bruker D8）确定。