[发明专利]一种P3型锰钴镍酸钾材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种P3型Ksubgt;0.5/subgt;Mnsubgt;0.8/subgt;Cosubgt;0.1/subgt;Nisubgt;0.1/subgt;Osubgt;2/subgt;多孔长方体（c‑KMCNO）材料的制备方法及其所得材料和该材料作为钾离子电池正极材料的应用，所述制备方法包括以下步骤：1）将醋酸锰、醋酸钴、醋酸镍和硝酸钾溶解在去离子水和乙醇的混合溶剂中；2）将二水合草酸同样溶解在去离子水和乙醇的混合溶剂中；3）将混合的金属醋酸盐溶液1）加入到草酸溶液2）中搅拌；4）将3）所得的沉淀干燥后在空气中初步煅烧；5）将4）所得的产物在氧气气氛中再次煅烧，即得所述c‑KMCNO材料,相对于现有技术，本发明方法工艺简单，使用的原料绿色环保，制得的c‑KMCNO材料具有优异的电化学性能，是一种有前景的钾离子电池正极材料。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种P3型K_0.5Mn_0.8Co_0.1Ni_0.1O₂多孔长方体（c-KMCNO）材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、长周期寿命和高工作电压，已成为电动汽车、便携式电子、甚至固定储能系统等最新应用的主要电源。然而，锂的稀缺和价格上涨，不利于大规模的能源存储。近年来，钾离子电池作为一种很有前途的替代品而引起了广泛的兴趣，其与锂离子电池的电化学机制相似、价格低，且钾自然丰度高。此外，钾的氧化还原电位（K/K⁺：–2.93 V）比钠的（Na/Na⁺：–2.71V）更低，因此钾离子电池具有更高的能量密度，在实际应用中也具有更大的潜力。

锰基层状过渡金属氧化物因其高理论容量、高氧化还原电位、低毒性、易于大规模合成而成为钾离子电池的理想正极材料。然而，锰基层状过渡金属氧化物的发展受到循环稳定性和速率能力较差的限制。这是由于K+离子的尺寸大，以及K+离子的嵌入/脱出过程中体积变化。在循环的过程中，不均匀的体积变化会产生巨大的内部应变，导致粒子破裂，这是公认的使钾离子电池容量急剧衰减的机制之一。

为了提高锰基层状过渡金属氧化物正极材料的K⁺存储性能，近年来，研究人员尝试了多种方法，包括加入两种或两种以上的过渡金属如Ni、Mn、Fe、Co和电化学非活性元素如Mg、Al、Cu等，例如，K_0.83Ni_0.05Mn_0.95O₂、K_0.54Co_0.5Mn_0.5O₂、K_0.75Mn_0.8Ni_0.1Fe_0.1O₂、K_0.45Mn_0.75Co_0.1Ni_0.1Al_0.05O₂、K_0.7Mn_0.7Mg_0.3O₂和K_0.3Mn_0.9Cu_0.1O₂，元素的掺杂稳定了晶体结构，进而保证了循环稳定，易于有效的K⁺存储。另一种提高电化学性能的常用方法是形貌设计，例如设计多孔结构，可以通过扩大活性物质与电解质的接触面积，缩短K+扩散距离，缓解K⁺连续嵌入脱出过程引起的材料结构坍塌和裂解，提高电极的可逆容量和循环稳定性。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种c-KMCNO材料及其制备方法和应用，制备方法绿色环保、工艺简单，且所得复合物电化学性能优异。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：