[发明专利]用于钾离子二次电池的二硫化钨负极材料

说明书

本发明涉及一种用于钾离子二次电池的负极材料，所述负极材料活性物质为二硫化钨。解决现有钾离子电池负极材料循环和倍率性能差，结构不稳定以及充放电库伦效率低等问题。可将此二硫化钨负极材料直接用于二次钾离子电池的负极。用本发明的二硫化钨负极材料和电解液体系所组装的扣式电池具有安全性高，循环寿命长，倍率性能好，充放电库伦效率高等优异的电化学性能。以上结果表明，二硫化钨负极材料组装的钾离子电池有望在需要电化学能源驱动的设备及低成本的智能电网的大规模储电领域实现广泛的应用。

技术领域

本发明属于二次电池材料技术领域，具体涉及一种适用于钾离子二次电池的二硫化钨负极材料及其用途。

背景技术

因钾在自然界中储量丰富(钾元素在地壳中丰度为～2.47％，海水中含量～0.38g/kg)、成本低廉及氧化还原电位较负(K+/K，-2.936V相对于标准氢电极电位)等方面的优势，钾离子二次电池技术被认为是未来极具前景的大规模电化学储能技术。因此，发展价格低廉兼具优异循环性能的钾离子电池具有巨大的商业价值。

目前，用于钾离子二次电池的负极材料如碳材料、金属、金属氧化物以及有机材料等或存在着电镀钾的安全隐患、或由于钾离子半径太大使电极材料循环过程中体积膨胀及粉化导致容量不可逆的损失、电化学循环及倍率性能差和充放电库伦效率低等问题；这些问题严重制约了这些负极材料在钾离子二次电池中的实际应用。因此，发展一种具有长循环寿命、优异倍率性能、高库伦效率、高稳定性且高安全性的负极材料成为目前钾离子电池研发的关键之一。本发明以二硫化钨作为钾离子电池负极材料，所述的负极材料在插/脱钾循环过程中表现出零体积膨胀，显示出了优异的循环和倍率性能以及几乎100％的充放电库伦效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有钾离子电池负极材料的缺陷；解决目前钾离子电池负极材料面临的循环和倍率性能差、库伦效率低以及存在电镀钾的安全风险等问题；开发了一种用于钾离子二次电池二硫化钨负极材料，其具有高稳定性、高安全性、长循环寿命、优异倍率性能等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

用于钾离子二次电池的二硫化钨负极材料，活性物质为二硫化钨。按负极材料质量分数100％计，其组成为二硫化钨负极材料占60％-90％重量，导电炭黑和羧甲基纤维素钠各占5％-20％重量。

以钾盐和溶剂组成的电解液配方，溶剂为乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、氟代碳酸乙烯酯、二甲醚、二甘醇二甲醚中任意一种或者它们之间的任意组合；钾盐为六氟磷酸钾、氟硼酸钾、双(三氟甲基磺酰)亚胺钾、双(氟磺酰)亚胺钾、高氯酸钾中任一一种或者它们之间的任意组合；其中钾盐的质量分数占10％-70％，溶剂质量分数占30％-90％。

本发明提供的钾离子二次电池使用上述负极材料和电解液配方。由于二硫化钨材料具有高的结构稳定性，并且层状结构特征赋予其具有优良的电子和离子传导性能，同时在本发明提供的电解液体系中二硫化钨负极材料表面能形成稳定的固态电解质膜结构，使得电池表现出优异的倍率性能和长程循环稳定性、高的充放电库伦效率和安全性。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种用于钾离子二次电池的二硫化钨负极材料及其用途。所述二硫化钨负极材料具有插钾后的体积膨胀为零，结构稳定性高，循环性能稳定，倍率性能好，且充放电库伦效率和安全性高等优点；所述二硫化钨负极材料插/脱钾电位适中，循环性能和倍率性能在目前钾离子电池负极材料中处于上层水平；所述二硫化钨负极材料成本低廉，易于大规模生产，并可以直接用于钾离子二次电池等领域。

在本发明的一个方案中，将二硫化钨负极材料直接用于钾离子二次电池的负极时，其具有稳定性高，循环和倍率性能好，操作电位安全且充放电库伦效率高的优点。

附图说明