[发明专利]一种钾离子电池电极材料的制备和应用

说明书

本发明公开了一种钾离子电池负极材料新型的制备方法和应用。其制备工艺包括，将硒粉和铌粉混合均匀后进行真空管和炉塞的二次密闭保护后再于惰性气氛中烧结即得用于钾离子电池的负极材料。该负极材料NbSe₂电阻率极低、本征电导率高，具有较大的表面面积和较大的层间间距，易于钾离子层间插层，可以有效地适应离子脱嵌。此外，NbSe₂合成工艺具有所需设备简单、生成NbSe₂材料所耗气氛能源较少和所需时间短、材料纯度高等优点，且材料电化学性能优异，满足钾离子电池高比容量、优异的长循环性能和高倍率性能的要求。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种钾离子电池电极材料的制备和应用。

背景技术

近年来，环境友好的太阳能、风能等可再生能源得到了巨大的发展，但由于它们的不稳定性，不能直接并入电网，需要经过能量转换存储来提高可靠性和利用率。且化学电源由于便于携带、价格低廉、环境友好等特点，使得化学电源成为最有应用前景的储能系统之一。

近年来，钾离子电池由于其低成本，电解液中快的离子传导性以及高的工作电压、接近于钾的低标准氧化还原电位(-2.93V相对于标准电极电位)近年来引起了极大的关注。然而，对钾离子电池的研究仍处于起步阶段。

开发大型长循环寿命的钾离子电池是它的一个发展方向，然而，开发适用于大规模生产的钾电负极材料是一个非常关键的领域。

钾离子电池的负极材料主要有石墨碳、硬碳、软碳等其他碳基材料、合金和金属氧化物等。2015年，纪秀磊等首次将石墨作为钾离子电池负极材料，实现了273mAh/g的比容量。但是石墨作为负极材料的最主要的问题是充放电过程中的体积膨胀高达约61％，对其进行杂原子掺杂可以有效提升理论容量并改善循环稳定性。一般来讲，金属和合金材料比碳材料的理论容量大，嵌钾电位更高，但充放电过程中应力较大，存在较大的体积变化，导致其稳定性下降，电化学性能不佳，将材料制成纳米结构能有效解决这些问题。

因此，关于金属性TMDs二硒化铌的储钾性能还有很大的研究空间。开发、优化其它简单易行的二硒化铌制备工艺方法对于制备具有高循环容量与倍率性能的二硒化铌钾离子电池负极材料具有重要的实际意义。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。

因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种钾离子电池电极材料的制备和应用。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种钾离子电池电极材料二硒化铌的制备方法，其包括，将硒源和铌源混合均匀；在非氧化性气氛或真空条件下进行烧结，冷却制得纯相二硒化铌材料。

作为本发明所述的钾离子电池电极材料二硒化铌的制备方法的优选方案，其中：所述的硒源为金属硒粉，铌源为金属铌粉。所述的铌源和硒源的摩尔比为1:2～3。

作为本发明所述的钾离子电池电极材料二硒化铌的制备方法的优选方案，其中：所述烧结，其升温速率为1～20℃/min，烧结温度为500～1000℃，烧结保温时间为1～48h。

作为本发明所述的钾离子电池电极材料二硒化铌的制备方法的优选方案，其中：所述烧结，其升温速率为2～10℃/min，烧结温度为750～850℃，烧结保温时间为1～8h。

作为本发明所述的钾离子电池电极材料二硒化铌的制备方法的优选方案，其中：所述非氧化性气氛包括氮气、氩气、氢气、氨气中的一种或几种，所述在非氧化性气氛下烧结为将所述硒源、所述铌源用缩颈石英管承装后用石英塞封堵之后再用炉塞进行二次封堵保护。