[发明专利]钾离子电池负极材料金属合金及其制备方法

说明书

钾离子电池负极材料双金属合金及其制备方法，所述金属合金的化学通式为M_1‑xN_x@C，其中，0x0.5,M是金属Sb，Bi中的一种，N是金属Fe，Cu，Co，Ni，Zn中的一种。本发明还包括所述钾离子电池负极材料金属合金的制备方法，特征在于：将金属盐与有机配体按一定比例溶解，溶剂热得双金属MOF，置于氩氢气氛下热解得到碳包覆的双金属合金。本发明金属有机框架作为前驱体，利用热解法制备碳包覆的双金属合金负极材料。本发明工艺简单，易重复，利于该类材料实现大范围应用。

技术领域

本发明属于钾离子电池负极材料领域，特别涉及到金属合金及其制备方法。

背景技术

锂资源的稀缺性、分布不均匀及逐年上升的锂消耗量导致锂离子电池(LIBs)的价格偏高,限制了LIBs在智能电网等大规模储能体系中的应用。在碱金属元素中,K在地壳中的储量丰富、分布广泛且价格低廉,并且K的物化性质与Li相似,K⁺/K的标准电极电势与Li⁺/Li相近,这些优点使得钾离子电池(KIBs)有望应用于大规模储能领域。电极材料的开发是新型电池发展的关键，其中，负极材料的循环稳定性及高倍率性能是钾离子电池能够商业化推广、应用的关键因素之一。

根据电极材料的储钾机理，钾离子电池负极材料主要分为脱嵌类材料、合金类材料以及转化类材料。脱嵌类钾离子电池负极材料主要有碳材料和钛基材料，包括石墨基碳材料，无定形碳和钛酸盐。虽然这类材料的晶体结构相对稳定，使得钾离子能够在材料的晶格间快速扩散，但该类材料的理论比容量不高，限制了该类材料的发展。与嵌入型材料相比，合金类材料可以提供较高的钾离子储存容量，且安全可靠、资源广泛、原料价格便宜,是新一代动力电池负极材料强有力的竞争者,引起了人们的重视，特别是合金类电极材料。但是，常规的合金类电池材料，合成温度高，且多相合金的均匀性无法保证，抑制了合金材料的有效应用。如申请号200610012198.0

综上，本发明以金属有机框架作为前驱体，利用简单的热解法，制备得到具有良好导电性及循环性能的碳包覆的金属合金。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，利用简单的溶剂热-热解法，以金属有机框架材料作为前驱体，制备得到具有良好导电率及循环性能的碳包覆的金属合金。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钾离子电池负极材料金属合金，M_1-xN_x@C，其中，0x0.5,其中，M是金属Sb，Bi中的一种，N是金属Fe，Cu，Co，Ni，Zn中的一种。

所述钾离子电池负极材料金属合金制备方法，包括以下步骤：

(1)将一定比例的两种金属盐溶解在一定体积的溶剂A1中得到一定浓度的溶液B1，将一定量的碳源分散在在一定体积的溶剂A2中得到一定浓度的分散液B2，再将一定量的有机配体溶解在上述分散液B2中得到溶液B3，将溶液B3倒入溶液B1，并在一定温度下溶剂热反应一定时间，经离心、洗涤、冷冻干燥，得到金属有机框架前驱体，其中有机配体和金属硝酸盐的摩尔比为W；

(2)将一定量的金属有机框架前驱体在惰性气氛下，在一定温度下，热处理一定时间，得到金属合金；

进一步，步骤(1)中，所述金属盐为硝酸盐、乙酸盐、乙酰丙酮盐中的一种或几种混合；

进一步，步骤(1)中，所述溶剂A1为甲醇，乙醇，乙二醇，N,N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯酮中的一种或几种混合；

进一步，步骤(1)中，所述溶液B1中总金属溶液的浓度为0.005-2mol/L；

进一步，步骤(1)中，所述溶剂A2为乙二醇，N-甲基吡咯烷酮，N-N二甲基甲酰胺中的一种或几种混合；

进一步，步骤(1)中，所述溶液B2中碳源的浓度为0.01-10mg/mL；