[发明专利]一种钾离子电池高电位正极材料的制备方法

说明书

一种钾离子电池高电位正极材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将亚铁氰化钾加入去离子水溶解，形成溶液A；S2、将作为铁源的铁盐、柠檬酸钾、柠檬酸和铁粉加入去离子水，形成混合液B；S3、将溶液A滴入混合液B中，并不断搅拌；S4、待反应结束后，静置；S5、收集沉淀并烘干。本发明的制备方法操作便利，成本低廉，重现性好，合成的普鲁士蓝为纳米尺寸，使用该正极材料制作的钾离子电池能够提高电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及钾离子电池材料，尤其是一种钾离子电池高电位正极材料的制备方法。

背景技术

随着锂及钴矿资源的不断消耗和价格的急剧提升，导致依赖锂离子电池的产品成本不断升高，这一问题严重限制了锂离子电池在大型储能领域中的应用。寻找资源丰富、能量密度高、高循环寿命和安全的新型离子电池是目前的一个研究热点。

最近，钾离子电池由于可以与商用的石墨良好匹配并且钾元素资源丰富等优势，受到了学界和工业界的广泛关注。目前寻找可匹配钾离子正极材料是一个热点和难点。普鲁士蓝类似物K₂M[Fe(CN)₆](PBs)由于具有宽敞的间隙位点、长循环寿命、高工作电压、高比能量及低制备成本等优点在钾电正极材料中脱颖而出。普鲁士白类似物具有稳定的晶体框架结构，氰化物配体交替连接MN₆和FeC₆八面体，构建了一个三维(3D)稳定框架，具有开放的离子通道，在充放电过程中，M(Mn、Fe、Co、Ni)和Fe都是电化学活性的，其理论容量在140mAh/g左右。若考虑全电池的质量和体积，KIBs的比能量和能量密度与NIBs相当。

目前PBs常见的制备方法有简单沉淀法、水热法、单一铁源法、蓝晒法等，采用不同的方法得到的PBs在组分、粒径和形貌等方面各有不同，电化学性能方面也有所不同。

简单沉淀法相比于其他方法具有工艺简单、成本低廉、适用性广、可大量生产等优点。但是同时也具有一些问题，普鲁士蓝在合成的过程中，Fe²⁺很容易被氧化，导致合成的PB钾含量较低，理论容量也随之降低。同时沉淀法反应速度快，容易形成团聚，并且晶格中含有结构水。上述问题会降低普鲁士蓝的初始容量，并且结构水的存在会在充放电过程中产生副反应，并使晶格破坏，恶化循环性能。目前主要是通过降低反应溶液的浓度和通入惰性气氛保护来改善此问题。但是惰性气氛保护会使整体的成本大幅度升高。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种钾离子电池高电位正极材料的制备方法，以解决普鲁士蓝正极材料在合成过程中被氧化，钾含量低，循环性能差等问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钾离子电池高电位正极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将亚铁氰化钾加入去离子水溶解，形成溶液A；

S2、将作为铁源的铁盐、柠檬酸钾、柠檬酸和铁粉加入去离子水，形成混合液B；

S3、将溶液A滴入混合液B中，并不断搅拌；

S4、待反应结束后，静置；

S5、收集沉淀并烘干。

进一步地：

所述铁源为亚铁离子金属盐。

所述亚铁离子金属盐为硫酸亚铁或氯化亚铁。

所述亚铁氰化钾与所述铁源的摩尔比为2：3。

所述柠檬酸钾和所述柠檬酸的质量比为4：1。

所述铁粉与所述柠檬酸的质量比为1：20。

混合液B中柠檬酸钾的摩尔浓度在1.6～1.7mol/L。