[发明专利]一种可脱碱金属离子材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可脱出碱金属离子材料的制备方法，包括以下步骤：A)将可发生嵌入碱金属离子电化学反应的可嵌入碱金属离子材料与电解液混合，得到正极液；以碱金属作为负极材料；B)将所述正极液与所述负极材料组装成碱金属‑液流电池；C)调节所述碱金属‑液流电池至充电状态，使所述可嵌入碱金属离子材料发生嵌入反应，得到可脱出碱金属离子材料。本申请以可嵌入碱金属离子材料作为原料，以碱金属‑液流电池作为合成手段，通过电化学反应使可嵌入碱金属离子材料发生嵌入反应，即可合成不同结构的可脱出碱金属离子材料。本发明适用于一切可以发生嵌入碱金属离子反应的材料，通过其进行电化学嵌入反应得到了可脱出碱金属离子材料。

技术领域

本发明涉及碱金属离子电池技术领域，尤其涉及一种可脱碱金属离子材料及其制备方法。

背景技术

可脱碱金属离子材料目前研究比较多的是钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、磷酸铁锂(LiFePO₄)、镍酸锂(LiNiO₂)、三元材料(镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂)、高镍材料等，钴酸钠(NaCoO₂)、锰酸钠(NaMn₂O₄)、磷酸铁钠(NaFePO₄)、镍酸钠(NaNiO₂)、三元材料(镍钴锰酸钠、镍钴铝酸钠)；钴酸钾(KCoO₂)、锰酸钾(KMn₂O₄)、磷酸铁钾(KFePO₄)、镍酸钾(KNiO₂)、三元材料(镍钴锰酸钾、镍钴铝酸钾)、研究比较成熟，综合性能优良。这些材料多是采用固相烧结法或者液相法制备。虽然固相法比较容易实现工业化，但是对粒子尺寸的控制不是很理想，而且能耗也很高。液相法中相对来说喷雾干燥法比较容易工业化，而其他的方法虽然对粒子尺寸的控制等效果较好，但是由于需要大量的溶剂对环境污染会比较严重，开发出简单并且能实现工业化生产的方法仍然非常具有挑战性。

基于脱嵌碱金属离子电化学过程合成功能材料是一种新型的制备手段，近几年来受到一定关注，但报道很少。仅美国斯坦福大学崔屹课题组做了少量工作，采用电化学调控法来调节现有催化剂材料的活性位点、电子结构、比表面积等(Adv.Mater.2018,30,1800978，Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,8599-8604，Energy Environ.Sci.,2015,8,1719，Nature Communications,5:4345)，但所用电池形式为扣式电池或软包电池，单个电池活性物质质量为毫克或者克级，产量相对较低。

碱金属-液流电池作为一种新兴电池，结合了液流电池和碱金属离子-电池的优点，是一种输出功率和储能容量彼此独立、能量密度大、成本较低的新型绿色可充电电池。碱金属-液流电池活性物质储存在储能罐中，质量可达百克甚至千克级别，将其作为一种电化学合成手段来制备功能材料将大幅提高材料产率，具有突破性的实际意义，目前尚无任何相关报道。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种可脱碱金属离子材料的制备方法。

有鉴于此，本申请提供了一种可脱碱金属离子材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将可发生嵌碱金属离子电化学反应的可嵌碱金属离子材料与电解液混合，得到正极液；

以碱金属作为负极材料；

B)将所述正极液与所述负极材料组装成碱金属-液流电池；

C)调节所述碱金属-液流电池进行放电，使所述可嵌碱金属离子材料发生嵌碱金属离子反应，得到可脱碱金属离子材料。