[发明专利]一种钾离子电池

说明书

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种钾离子电池。本发明提供的钾离子电池，包括正极、负极和电解液；所述正极包括钾离子电池正极材料；所述负极的负极活性材料层为GeP₅化合物。该发明解决了现有技术中钾离子电池中的碳基负极材料比容量低，以及单质磷和磷化物电导率低，循环性能差的问题，提供了一种新型的钾离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种钾离子电池。

背景技术

随着对电动汽车和大型储能设备需求的日益增加，近年来，锂离子电池在便携式设备和电动汽车中已经占主导地位。但由于锂元素资源有限，因此，拓宽成本效益高的电池代替品逐渐成为趋势。钠和钾因其性质与锂相似且在土壤中储量丰富引起了人们的关注。然而，钠离子电池由于能量密度较低，经常使电池的工作电压不足。在钾离子电池的应用中，碳基负极材料因其优良的循环性能和可逆的储钾能力被广泛应用在钾离子电池负极中。然而，由于其过高的工作电压导致低比容量、低能量密度等因素，其在工业应用方面的仍然存在障碍。磷作为一种负极材料的替代，由于其较高的理论比容量(2594mAh/g)被认为具有非常广泛的运用前景。但是单质磷的电导率低、储钾体积膨胀大，为了克服这些缺点，合金基磷化物例如NiP₂,Se₄P₄,Sn₄P₃和SnP₃，因其化合物的金属特征和协同反应机理等特点被引入到钾离子电池负极材料中，但由于其磷元素含量较低，使以其作为负极的钾离子电池的电容量低及循环性能不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钾离子电池，解决了现有技术中钾离子电池中的碳基负极材料由于其过高的工作电压导致比容量与能量密度过低，以及由于合金基磷化物中磷元素过低导致钾离子电池的电容量低及循环性能不佳的技术问题。

本发明提供给了一种钾离子电池，包括正极、负极和电解液；

所述正极包括钾离子电池正极材料；

所述负极的负极活性材料层为GeP₅化合物。

优选的，所述电解液的电解质为氟磺酰亚胺钾。

优选的，所述电解液的溶剂包括碳酸乙烯酯和/或碳酸乙二酯。

优选的，所述GeP₅化合物的制备方法包括将锗粉和磷粉按摩尔比1:5混合进行球磨。

优选的，所述球磨的球料比为20:1。

优选的，所述球磨的时间为5～10h。

优选的，所述球磨的转速为900～1200r/min。

优选的，所述负极还包括粘结剂和集流体，所述负极活性材料层通过所述粘结剂粘结在所述集流体的表面上。

优选的，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸锂、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚氨酯或丁苯橡胶。

更优选的，所述粘结剂为聚丙烯酸锂。

优选的，所述集流体选自铜箔、铝箔、镍箔、铜网、铝网或镍网。

更优选的，所述集流体为铜箔。

本发明提供了一种钾离子电池，其负极活性材料层为GeP₅化合物，由于GeP₅中P元素含量较高，每个磷离子(P^3-)可以储存3个钾离子(K⁺)，使得GeP₅作为钾离子电池负极时能储存更多的钾离子，结合其特殊的层状结构和金属导电性，使其用作钾离子电池负极时，可以显著提高钾离子电池理论比容量和反应活性。此外，由于磷元素具有较强的电负性，使GeP₅具有更高的储钾活性，可以进一步提高电池的性能。