[发明专利]一种二次电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种二次电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料包括碳材料、硫化物、氮化物、氧化物、碳化物、以及上述各材料的复合物中的一种或多种；所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料包括碳材料、硫化物、氮化物、氧化物、碳化物、以及上述各材料的复合物中的一种或多种；所述电解液包括钾盐和非水溶剂。该电池以钾盐作为电解质，成本较低，且工作电压高，能量密度高，循环性能优异。本发明还提供了该二次电池的制备方法。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，特别是涉及一种二次电池及其制备方法。

背景技术

二次电池也称为可充电电池，是一种可重复充放电、使用多次的电池。相比于不可重复使用的一次电池，二次电池具有使用成本低、对环境污染小的优点。目前主要的二次电池技术有铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池、锂离子电池等。其中尤其以锂离子电池应用最为广泛。但是锂离子电池面临着锂资源储量有限、成本高的缺点。作为潜在取代锂离子电池的储能技术，钾离子电池在近几年日益受到关注。

钾离子电池的工作原理与锂离子电池类似，但是电池中电荷的储存与释放是通过钾离子的迁移实现。钾离子电池的核心组成部件包含正极、负极和电解液，它通过发生在正极、负极与电解液界面上的离子传输与电子传输相分离的氧化还原反应来实现电能存储与释放。充电时，钾离子从正极活性材料中脱出，嵌入负极活性材料；放电时，钾离子从负极活性材料脱出而嵌入到正极活性材料中。常见的钾离子电池是以普鲁士蓝及其类似物、磷酸铁、氟硫酸铁等为正极活性材料，以碳材料为负极活性材料。但是目前基于钾离子电池开发出的正负极材料种类非常有限，且研究基本只限于对钾片的半电池，基于已开发材料的钾离子电池的电化学性能不是很理想，而且制备工艺也较为复杂。

发明内容

鉴于此，本发明第一方面提供了一种二次电池，其以碳等材料作为正极活性材料和负极活性材料，以钾盐为电解质，该电池避免使用资源有限的锂盐，将显著减少电池的成本，降低电池对环境的影响。此外，该电池具有双离子电池工作机理，工作电压达到4.65V，比传统的锂离子电池高，从而提高了能量密度，且电化学循环稳定性好。

具体地，第一方面，本发明提供了一种二次电池，包括：

正极，包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括碳材料、硫化物、氮化物、氧化物、碳化物、以及上述各材料的复合物中的一种或多种；

电解液，包括钾盐和非水溶剂；

负极，包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括碳材料、硫化物、氮化物、氧化物、碳化物、以及上述各材料的复合物中的一种或多种；

以及隔膜，所述隔膜介于所述正极与所述负极之间。

所述碳材料包括石墨类碳材料、玻璃碳、碳碳复合材料、碳纤维、硬碳、多孔炭、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。

所述石墨类碳材料包括天然石墨、膨胀石墨、人造石墨、中间相碳微球石墨、热解石墨、高取向石墨、三维石墨海绵中的一种或多种。

所述硫化物选自二硫化钼、二硫化钨、二硫化钒、二硫化钛、二硫化铁、硫化亚铁、硫化镍、硫化锌、硫化钴、硫化锰中的一种或多种；所述氮化物选自六方氮化硼、碳掺杂六方氮化硼中的一种或多种；所述氧化物选自三氧化钼、三氧化钨、五氧化二钒、二氧化钒、二氧化钛、氧化锌、氧化铜、氧化镍、氧化锰中的一种或多种；所述碳化物选自碳化钛、碳化钽、碳化钼、碳化硅中的一种或多种。

所述正极集流体的材质包括铝、铜、铁、锡、锌、镍、钛、锰中的任意一种，或含有至少一种上述金属元素的合金，或含有至少一种上述金属元素的复合材料。