[发明专利]一种原位表面阳离子改性的锰基水性钾离子电池

权利要求书

1.一种原位表面阳离子改性的锰基水性钾离子电池，其特征在于：所述锰基水性钾离子电池的正极通过表面Fe原位取代Mn，具体通过原位电化学转化方法，即通过在KCF3SO3改性电解液中对为基于锰的普鲁蓝类似物(KMnF)进行表面改性，将KMnF转化为KFexMn1-xF，且原位取代过程一直持续到N键上的Fe/Mn比达到一定比例。所述锰基水性钾离子电池，采用如下技术：一种锰基水性钾离子电池，包含：

基于锰的普鲁蓝类似物(KMnF)作为正极；

3,4,9,10-四甲酰二亚胺(PTCDI)作为负极；

正负电极制备；

KCF3SO₃改性电解液包含21mol/L的KCF₃SO₃和0.2mol/L的Fe(CF₃SO₃)₂水溶液作为电解液；

锰基水性钾离子电池组装；

通过前几次充放电循环完成表面Fe原位取代Mn，将正极KMnF转化为KFe_xMn_1-xF。

2.根据权利要求1所述锰基水性钾离子电池，其特征还在于：所述基于锰的普鲁蓝类似物(KMnF)正极材料制备过程包含：将6mmol亚铁氰化钾三水合物(K₄Fe(CN)6·3H₂O)溶于200ml去离子水中以形成溶液A。然后，将6mmol硫酸锰(II)一水合物(MnSO₄·H₂O)和8g柠檬酸钾溶解于200ml去离子水中形成溶液B。然后，在60℃温度，将B溶液缓慢滴加到A溶液中并持续搅拌。12h后，将所得混合溶液在60℃下老化24h。接着离心处理得到白色沉淀，再用去离子水和乙醇反复洗涤几次，最后在85℃真空干燥24小时。

3.根据权利要求1所述锰基水性钾离子电池，其特征还在于：所述PTCDI购自Sigma-Aldrich。

4.根据权利要求1所述锰基水性钾离子电池，其特征还在于：所述正负电极制备过程包含步骤：称取活性材料(KMnF材料或PTCDI材料)(70％)，科琴黑(20％)和羧甲基纤维素钠(10％)进行混合，然后将其分散在去离子水和乙醇的混合溶液中。将获得的浆料均匀涂布在碳纤维布中，最后在85℃温度下真空干燥18-36h。

5.根据权利要求5所述锰基水性钾离子电池，其特征还在于：所述去离子水和乙醇的混合溶液两者的体积比为4：1。

6.根据权利要求1所述锰基水性钾离子电池，其特征还在于：所述锰基水性钾离子电池为半电池或全电池。

7.根据权利要求6所述锰基水性钾离子电池，其特征还在于：所述锰基水性钾离子半电池，以KMnF作为工作电极；Pt作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极；其中，KMnF正极活性物质的负载量约为3mg cm^-2。

8.根据权利要求6所述锰基水性钾离子电池，其特征还在于：所述锰基水性钾离子全电池为纽扣电池，在组装纽扣电池前，将正极和负极在三电极系统中进行5次充放电(预钾化)处理；其中，KMnF正极和PTCDI负极的活性物质负载量均为3mg cm^-2。

9.根据权利要求6所述锰基水性钾离子电池，其特征还在于：所述锰基水性钾离子全电池为袋式电池，其中，KMnF正极和PTCDI负极的活性物质负载量均为20mg cm^-2。