[发明专利]一种钾离子二次电池负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种钾离子二次电池负极材料及其制备方法和应用，该钾离子二次电池负极材料主要由煤炭在保护气氛下经裂解制得。本发明的钾离子二次电池负极材料以成本低的煤炭为原料，经过裂解制得，大大降低了钾离子二次电池非晶碳负极材料的制备成本，当将其用于钾离子二次电池的制备时，可大大降低钾离子二次电池的制备成本，从而有利于其在钾离子二次电池制备中的推广应用。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种钾离子二次电池负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源不仅产生严重的污染，而且资源有限。太阳能、风能等可再生能源越来越受到人们的重视，但是这些可再生能源的间歇性和不稳定性使其不能持续稳定的供电，因此储能系统的发展对于可再生能源的利用至关重要。钾离子电池由于钾的储量丰富、分布广泛具有潜在的低成本优势，且钾离子不与铝反应，因此，可用成本更低的铝箔替代铜箔作为负极的集流体，进一步降低电池的成本。

高性能、低成本负极材料的开发与应用是钾离子电池走向商业化的重要一步。石墨虽然是一种非常具有前景的储钾材料，但是钾离子脱嵌时会引起其较大的体积膨胀，其循环性能较差，另外由于其层间距较小、动力学性能差，导致其倍率性能较差。而非晶碳材料具有更大的层间距和更多的缺陷，能够实现快速的钾离子脱嵌，保持稳定的循环特性，是目前最有前景的钾离子电池负极材料。目前制备非晶碳原材料的价格高、产碳率低，因此，采用低成本的原料实现高性能钾离子电池用非晶碳负极材料是其能够推广应用的重要前提。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种钾离子二次电池负极材料，以解决现有钾离子电池非晶碳负极材料制备成本高，从而导致其难以推广应用的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钾离子二次电池负极材料，所述钾离子二次电池负极材料主要由煤炭在保护气氛下经裂解制得。

可选地，所述钾离子二次电池负极材料为颗粒状；颗粒状所述钾离子二次电池负极材料的平均粒径为0.1-50μm；d₀₀₂值为0.33-0.42nm，L_c值为1-4nm，L_a值为3-5nm。

可选地，所述煤炭为焦炭、无烟煤、烟煤和褐煤中的一种或多种。

本发明的第二目的在于提供一种制备上述钾离子二次电池负极材料的方法，该制备方法，包括以下步骤：

将煤炭烘干后，在保护气氛下，升温，进行裂解反应，待所述裂解反应结束后，冷却，粉碎，过筛，得到钾离子二次电池负极材料。

可选地，所述保护气氛为氩气、氮气、氩氢混合气中的一种或多种。

可选地，所述保护气氛的通入流量为0.5-200mL/min。

可选地，所述裂解反应的反应温度为800-1600℃，反应时间为0.5-10h，反应升温速率为0.5-10℃/min。

本发明的第三目的在于提供一种钾离子二次电池负极极片，该钾离子二次电池负极极片包括集流体、涂覆于所述集流体上的导电涂层；所述导电涂层包括粘结剂、导电剂和上述钾离子二次电池负极材料。

可选地，所述钾离子二次电池负极材料、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为8∶1∶1；所述粘结剂为羧甲基纤维素钠；所述导电剂为导电炭黑。

本发明的第四目的在于提供一种钾离子二次电池，该钾离子二次电池主要由正极极片、隔膜、电解液、上述钾离子二次电池负极极片组装而成。

相对于现有技术，本发明所述的钾离子二次电池负极材料具有以下优势：