[发明专利]一种改性高铁酸钾材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种改性高铁酸钾材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：混合高铁酸钾、有机碳源和有机溶剂，混合后去除有机溶剂得到复合材料；煅烧所述复合材料，得到所述改性高铁酸钾材料。所述制备方法充分考虑到了高铁酸钾的本征缺陷，采取有机碳源液相包覆，通过高温碳化制备出裂解碳层包覆的改性材料，在一定程度克服了高铁酸盐的本征缺陷，提高了高铁酸钾的稳定性，以及其作为正极材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种高铁酸钾材料，尤其涉及一种改性高铁酸钾材料及其制备方法与应用。

背景技术

目前市场对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，而高能量密度的锂离子电池需要有高比容量的正极材料与之匹配，但是目前常用的正极材料的实际比容量一般在200mAh/g之下，难以满足能量密度的要求。高铁酸钾具有高达406mAh/g的理论比容量，其中的Fe处于正六价，氧化还原电位较高，且反应具有可逆性，且K₂FeO4制备工艺成熟且简单，价格低廉且环保，可以作为正极材料替代锂电池常规使用的正极材料。

但是，高铁酸钾因其中的Fe处于+6价，在循环过程中极易发生自分解反应(4K₂FeO₄＝2Fe₂O₃+3O₂+4K₂O)；另一方面，高铁酸钾极易与空气中的水反应(4K₂FeO₄+10H₂O═4Fe(OH)₃↓+8KOH+3O₂↑)，因此高铁酸钾难以存储且循环稳定性差，仅可循环100圈左右。

并且目前研究人员对高铁酸盐作为正极材料的研究较少，没有较好的方法来从根本上解决上述高铁酸钾存在的问题，如CN 101083326A公开了一种非水体系的锂高铁电池，以高铁酸钾电极为正极，金属锂为负极，以LiPF₆的EC/DMC(1∶1)溶液为电解液，聚乙烯多孔膜为隔膜，不锈钢编织网为集流体，在相对湿度小于1％的手套箱中装配而成；其公开的电池采用非水电解液来防止高铁酸钾的自分解等反应，但是还是未从材料本身克服高铁酸钾的缺陷，因此循环性能较差。

基于以上研究，需要提供一种改性高铁酸钾材料，从材料本身克服高铁酸钾的本征缺陷，并充分考虑到K₂FeO₄的材料特性，采用特定改性方法，使得到的材料存储性能和循环性能大大提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性高铁酸钾材料及其制备方法与应用，所述制备方法充分考虑到了K₂FeO₄遇水分解的特性，采取有机碳源包覆，通过高温碳化制备出裂解碳包覆的复合材料，在一定程度克服了高铁酸盐的本征缺陷，提高了高铁酸钾的性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改性高铁酸钾材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)混合高铁酸钾、有机碳源和有机溶剂，混合后去除有机溶剂得到复合材料；

(2)煅烧步骤(1)所述复合材料，得到所述改性高铁酸钾材料。

本发明采用湿法混合，将有机碳源和高铁酸钾在有机溶剂中进行预混，即能将二者有效混合，又能避免高铁酸钾与空气中的水反应的问题，再将混合后的复合材料进行煅烧，使有机碳源在高铁酸钾表面裂解碳化，形成了高温裂解碳包覆层，因此，本发明在包覆过程中充分考虑了高铁酸钾的材料特性，采用有机溶剂进行液相包覆，再进行煅烧，防止了制备过程中高铁酸钾的分解，使得改性高铁酸钾表面包覆裂解碳层，改善了高比能正极材料K₂FeO₄遇水易分解和易自放电分解等本征缺陷，提升了材料存储稳定性和循环性能。

优选地，步骤(1)所述有机碳源包括树脂类化合物。