[发明专利]一种两步补钾制备钾离子电池正极材料的方法

说明书

本发明属于钾离子电池正极材料的制备技术领域，具体提供一种两步补钾制备钾离子电池正极材料的方法。所述正极材料化学式为K_xNi_0.133Co_0.133Mn_yO₂，其中0≤x≤1.2，0≤y≤0.8。其制备的步骤为：首先制备出前驱体，将前驱体经过高温煅烧后得到中间体，再向中间体中加入钾源和熔融盐后进行回火处理，处理完成后用无水乙醇洗、干燥，最终得到材料。本发明采用的两步补钾的方法可以有效解决钾锰氧化物中的钾含量较低，使正极容量得到恢复，可以使钾离子电池的容量有一个极大提高。同时本方法在制备过程中具有生产成本低、绿色环保，工艺简单的特点。

技术领域

本发明属于钾离子电池正极材料的制备技术领域，具体提供一种两步补钾制备钾离子电池正极材料的方法。

背景技术

随着当今社会的不断发展，环境与资源问题日益突出，已经严重影响到了人类的可持续发展。因此发展清洁并且可持续的新型能源就成为了人们关注的重点，其中风能、太阳能、核能等就已经成为了发展重点，而在这些新型能源发展过程中，高效的储能转换设备就显得格外重要。

近年来，锂离子电池在储能设备中最受人们青睐，已经大量应用于各个领域，同时由于锂离子电池的大量应用，全球锂资源已接近枯竭，所以急需开发出一种可替代锂离子电池的的新型电池。在已研究的电池中，钾电池具有极大优势，例如钾资源比锂资源多1000倍以上，储量丰富，价格便宜。同时，钾离子电池具有较低的电极电势（锂离子电池的电极电势为-3.04V，钠离子电池的电极电势为-2.71V，钾离子电池的电极电势为-2.93V），而低电极电势有助于提高电池的能量密度。目前来说，对于钾离子电池的正极材料报道非常少，因此开发出一种结构稳定性好、比容量大的钾离子电池正极材料具有重大意义。

钾离子电池的正极材料主要有普鲁士蓝类似物、层状金属氧化物、聚阴离子化合物和有机正极材料等，其中层状金属氧化物由于易合成、有致密的层状结构、较高的理论容量和体积密度、制备成本低、对环境友好而备受关注，而该结构可逆性差、结构稳定性差的问题有待解决。由于 K⁺半径较大，离子间静电斥力较强，部分材料难以直接合成，如发明专利CN109713295A中提出利用镍、钴、锰的乙酸盐混合后滴入草酸溶液过滤、洗涤、干燥得到前驱体粉末，然后将前驱体粉末进行预烧结，取出后再加入钾源进行高温烧结，最后得到材料。该方法在操作过程中较为复杂且周期长。

由于上述层状金属氧化物的问题，本发明在锰基钾离子电池的正极材料中加入镍、钴元素，它们可以极大的改善钾离子电池的性能，这些元素的加入可以提高钾离子电池的循环稳定性、可以有较好的倍率性能、放电容量、结构稳定性的较好的可逆性。本发明采用的两步补钾的方法可以有效解决钾锰氧化物中的钾含量较低，使正极容量得到恢复，可以使钾离子电池的容量有一个极大提高。

发明内容

本发明为解决上述不足，提供一种新型钾离子电池正极材料的制备方法，制备出的新型钾离子电池的正极材料具有较好的循环稳定性、较好的可逆性、较高的容量、稳定的结构，具有极大的发展潜力。

本发明的目的之一是采用两步补钾法得到一种电化学性能优异的新型钾离子电池正极材料。

本发明的目的之二是提供一种工艺简单、生产成本低、绿色环保的钾离子电池正极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供技术方案予以实现：