[发明专利]一种适用于钾离子电池的浓缩电解液体系

说明书

本发明提供了一种适用于钾离子电池的浓缩电解液体系。所述浓缩电解液体系包括钾盐和溶剂；其中钾盐的摩尔浓度为大于等于2mol/L，将该浓缩电解液体系直接用于钾离子电池中时，可使电池电极材料(包括钾金属)发挥出优异的循环和倍率性能以及接近100％的充放电库伦效率；该浓缩电解液体系配方组成简单，便于规模化生产，并可直接用于钾离子电池等电化学储能领域。将浓缩电解液体系与铋负极或对苯醌有机负极或类普鲁士白(K_1.68Fe_1.09Fe(CN)₆·2.1H₂O)正极组合直接用于组装钾离子电池，所得电池具有稳定性高，循环性能好，充放电库伦效率高的优点。

技术领域

本发明属于高能电池技术领域，具体涉及一种适用于钾离子电池的浓缩电解液体系。

背景技术

锂离子电池在便携式电子器件和电动汽车方面取得了巨大的成功。然而，锂资源稀缺、分布不均且成本较高等固有劣势限制了锂电池的进一步应用；尤其是在低成本智能电网等大规模储电领域，锂离子电池面临的挑战愈发凸显严峻。发展可替代二次电池技术被认为是解决以上问题的有效方案。钾离子二次电池因钾资源丰富、成本低廉及较高电池电压等方面的优势被认为是未来大规模低成本电化学储能技术的关键之一，发展循环性能稳定的钾离子电池具有巨大的工业应用价值。

与锂离子电池电解液相似，目前钾离子电池电解液主要配方仍是由钾盐溶解在碳酸酯类、醚类等有机溶剂中的常规电解液体系组成。但是，由这些常规电解液与钾离子电池电极材料或者钾金属组合装配而成的电池在充放电过程中普遍面临循环稳定性和倍率性能差，电极材料或钾金属表面SEI膜结构不稳定以及充放电库伦效率低等诸多问题，使其难以在钾离子电池中实现实际应用。因此，开发一种普适性的电解液体系，通过简单的方法来有效改善钾离子电池电极材料(包括钾金属负极)循环稳定性和倍率性能，提高电池的库伦效率等具有非常重要的意义。本发明使用含钾盐的浓缩电解液的配方，相较于常规电解液体系，通过改善电极材料表面SEI膜结构的稳定性，能有效的提升电极材料的循环寿命，使电极材料表现出优异的循环和倍率稳定性、高的充放电库伦效率等优异的电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有钾离子电池电解液与电极材料(包括钾金属)不甚匹配的缺陷；解决钾离子电池电极材料在目前常规电解液中面临的循环性能差、可逆容量和充放电库伦效率低等问题；提供了一种普适性的适用于钾离子电池的浓缩电解液体系，其用于钾离子电池中，能使电极材料发挥出优异的循环和倍率性能、高的充放电库伦效率。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于钾离子电池的浓缩电解液体系，所述浓缩电解液体系包括钾盐和溶剂；其中钾盐的摩尔浓度为大于等于2mol/L。

根据本发明的实施方式，所述浓缩电解液体系由钾盐和溶剂组成。

根据本发明的实施方式，所述钾盐为双(三氟甲基磺酰)亚胺钾、双(氟磺酰)亚胺钾、硝酸钾、氟硼酸钾、六氟磷酸钾、高氯酸钾中的至少一种；

根据本发明的实施方式，所述溶剂为二甲醚，二甘醇二甲醚，乙二醇二甲醚，乙烯碳酸酯，丙烯碳酸酯，二甲基碳酸酯，氟代碳酸乙烯酯，二乙基碳酸酯，碳酸甲乙烯酯中的至少一种。

根据本发明的实施方式，所述浓缩电解液体系中钾盐的摩尔浓度大于等于3mol/L。所述浓缩电解液体系中钾盐的摩尔浓度上限没有特别的限定，可以为饱和溶液，也可以为过饱和溶液。本领域技术人员可以根据具体使用情况进行合理的选择。

本发明还提供上述浓缩电解液体系的制备方法，所述方法包括如下步骤：

将溶剂和钾盐充分混合，待钾盐完全溶解于溶剂中即制备得到所述浓缩电解液体系，其中钾盐的摩尔浓度为大于等于2mol/L。