[发明专利]一种钾离子电池负极储能材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钾离子电池负极储能材料的制备方法和其在钾离子电池中的应用。制备方法为：制备水凝胶、干凝胶前驱体；将前驱体转移至管式炉中进行初步煅烧，然后自然冷却；将初步煅烧的产物取出，在干燥环境下研磨，酸洗，干燥；将干燥的样品在KOH研磨混合下活化；将跟氢氧化钾研磨混合后的产品转入管式炉中煅烧；然后自然冷却降温至室温；将产品进行酸洗，最后利用蒸馏水、去离子水、超纯水、或者乙醇洗至中性，干燥、最后得到优异循环性能的钾离子电池负极储能材料。本发明制备方法简单，成本低廉，制备的材料具有较大的比表面积，同时具备优异的充放电比容量及良好的倍率性能，性能优异，适用于大规模商业电池的生产。

技术领域

本发明涉及一种电池材料，具体涉及一种具有优异循环性能的钾离子电池负极储能材料的制备方法和应用，属于储能材料技术领域。

背景技术

钾离子电池(KIBs)是被认为用于替代锂离子电池(LIBs)的很有前途的能量存储电池。KIBs具有和LIBs类似的基本原理即“摇椅”式的储能原理，对于锂而言，钾的天然丰度比锂丰富，这也为进一步研究KIBs提供了有利条件。由于K+/K(-2.93V)的氧化还原电位比Na+/Na(-2.71V)更接近Li+/Li(-3.04V)，表明KIBs具有更高的电压平台和能量密度。值得注意的是，对KIBs的研究仍处于起步阶段。此外，与钠离子所不同的是钾离子的尺寸较大(比和的大)，导致电化学性能，如可逆容量在脱钾和嵌钾过程中的循环性能低于LIBs。钾电解质的相互作用小，能显示出比锂和钠更高的电导率。这也为随后的KIBs开发研究提供了额外的优势。此外，开发更多储能材料用于KIBs，提升循环寿命和安全性能起着关键作用。

因此，寻找合适的电极材料来提高KIBs的电化学性能仍然是一个挑战。为了解决这个问题，已经研究了不同的KIBs负极材料，如碳质材料石墨，掺杂石墨，硬碳等材料。通过这些材料的研究，我们可以看到KIBs的进展，也看到钾的短板也存在。这些材料所表现出的电化学性能并不完全令人满意。由于大量钾离子和缓慢的动力学，钾离子电池具有较差的倍率性能，较低的比容量和循环稳定性。因此，有必要开发因此，对于高性能钾离子电池来说，开发低成本，高容量，循环稳定性好的新材料非常重要。

这项工作通过使用尿不湿的主要成分高吸水树脂(SAP)，经过碳化和活化处理后，就可以获得高容量的KIBs负极材料并将其标记为SAPC。经过碳化和活化后，SAPC呈现出特殊的三维多孔纳米结构，由于其特殊的结构，K+可以比较容易地嵌入由孔和片材组成的三维结构中。最终测试合成的SAPC是无定形碳，具有短程有序原子的无定形碳可以增加的层间距，这使得碳层可容纳更大的 K+并允许体积膨胀。在高温下氢氧化钾活化碳材料之后，石墨化程度增加，并且无序碳在短程内转化为石墨聚集的一部分。较短的层间距和独特分层结构可以将更多的K⁺嵌入碳层中，适应层间距的增加，并能承受体积膨胀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提高钾离子电池负极储能材料的循环性能。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种钾离子电池负极储能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：制备水凝胶：称量高吸水树脂，置入反应釜中，加入去离子水对于凝胶进行预处理，使得高吸水树脂转化为趋于整体化的水凝胶；

步骤2)：制备干凝胶前驱体：将制备的水凝胶冷冻得到冰凝胶，然后将冰凝胶放入冷冻干燥的仪器中，将固态冰升华，得到干燥的干凝胶前驱体；

步骤3)：将前驱体转移至管式炉中进行初步煅烧，然后自然冷却；

步骤4)：将初步煅烧的产物取出，在干燥环境下研磨，酸洗，干燥；

步骤5)：将干燥的样品在KOH研磨混合下活化；

步骤6)：将跟氢氧化钾研磨混合后的产品转入管式炉中煅烧；然后自然冷却降温至室温；