[发明专利]一种有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：将有机酸根金属盐置于管式炉中，在预设条件下进行煅烧，得到中间产物A；向所述中间产物A中加入盐酸，搅拌静置后，得到中间产物B；将所述中间产物B洗涤、离心、烘干，得到有机酸根无机盐热解碳电极材料。本发明通过一步煅烧结合酸刻蚀法，制备出有机酸根无机盐热解碳电极材料，其原料廉价易得且制备过程简单，所得热解碳材料具有较大的层间距，能适应钾离子在循环过程中的嵌入和脱出，其介孔结构有利于提升其在钾离子电池中的电化学性能。

技术领域

本发明涉及纳米材料与电化学技术领域，具体而言，涉及一种有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

钾离子电池能提供较大的比能量，且钾离子的路易斯酸性比锂离子弱很多，因此钾离子在电解液溶剂中形成的溶剂化离子的半径比锂离子的要小很多，其在扩散动力学上的性能更加优异，有望获得高倍率性能。然而，钾离子电池电极材料在循环过程中会产生巨大的体积效应，如果电极材料的结构稳定性差，很容易导致电极材料的粉碎以及容量的快速衰减。因此设计构筑结构稳定、高容量的负极材料是钾离子电池发展的关键。

碳材料由于其较低的成本以及较好的结构稳定性被广泛研究应用于钾离子电池负极材料。目前被广泛研究的碳材料主要包括硬碳、软碳、石墨碳、石墨烯以及其他碳基复合材料。但是目前商用的硬碳材料在作为钾离子电池负极材料时，由于易形成不稳定的SEI膜并产生无法避免的副反应，使其容量保持率较低，经过一百圈循环后仅能保持约一半的容量，并且其结构不稳定，倍率性能差，无法承受大电流充放电。

因此，如何设计一种具有较大层间距结构、稳定性好的碳材料应用于钾离子电池领域，是目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种非有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用，以解决现有碳材料在作为钾离子电池负极时稳定性差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:

一种有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将有机酸根金属盐置于管式炉中，在预设条件下进行煅烧，得到中间产物A；

S2、向所述中间产物A中加入盐酸，搅拌静置后，得到中间产物B；

S3、将所述中间产物B洗涤、离心、烘干，得到有机酸根无机盐热解碳电极材料。

可选地，步骤S1中所述有机酸根金属盐包括对甲苯磺酸盐。

可选地，步骤S1中所述预设条件包括：惰性气体保护、所述管式炉升温速率在4℃/min至6℃/min范围内、煅烧温度在500℃至900℃范围内、煅烧时间在1.5h至2.5h范围内。

可选地，步骤S2中所述搅拌静置的时间在1.5h至2.5h范围内。

可选地，步骤S2中所述盐酸的质量分数在15％至25％范围内。

可选地，步骤S3中所述洗涤包括依次去离子水和异丙醇进行洗涤。

可选地，步骤S3中所述烘干的烘干温度在75℃至85℃范围内、烘干时间在12h至14h范围内。

本发明另一目的在于提供一种有机酸根无机盐热解碳电极材料，采用上述所述的有机酸根无机盐热解碳电极材料的制备方法制得。

可选地，所述有机酸根无机盐热解碳电极材料为二维纳米片有序堆积聚合形成的三维微米球状结构。

本发明第三目的在于提供一种如上述所述的有机酸根无机盐热解碳电极材料作为负极活性材料在钾离子电池领域的应用。

相对于现有技术，本发明提供的有机酸根无机盐热解碳电极材料及其制备方法与应用具有以下优势：