[发明专利]一种模板合成双钙钛矿钾离子电池负极材料及其制备方法

摘要

一种模板合成双钙钛矿钾离子电池负极材料及其制备方法，其特征为：该负极材料的组成为KY_0.8Ba_0.2Cr_0.9Zn_0.1Mo_0.9Fe_0.1O₆，制备过程中利用凝胶的连续孔道结构作为模板，形成颗粒部分互相粘接的连续多孔形貌双钙钛矿结构产物；这样的形貌有利于降低晶界阻力及电子迁移阻力；加快钾离子迁移能力及氧化还原反应的速率；还具有一定的结构刚性，为充放电过程中的材料体积变化形成缓冲；进一步通过A位的K和Y共同占据，提高了电子电导率并通过部分Y位置的Ba掺杂，提高钾离子电导率；通过B位的Zn，Fe掺杂提高钙钛矿结构的稳定性，最终形成高性能的钾离子电池负极材料。

主权项

1.一种模板合成双钙钛矿钾离子电池负极材料，其特征为：组成为KY0.8Ba0.2Cr0.9Zn0.1Mo0.9Fe0.1O6，制备过程为将硝酸钾、六水合硝酸钇、硝酸钡、九水合硝酸铬、六水合硝酸锌、四水合钼酸铵、九水合硝酸铁按照化学计量式KY0.8Ba0.2Cr0.9Zn0.1Mo0.9Fe0.1O6的比例混合，加入物质的量为总金属离子物质的量5.0‑10.0倍的柠檬酸并加水搅拌均匀形成总金属离子浓度为1.0‑2.5mol·L‑1的初始水溶液；将6g丙烯酰胺/100mL水量的丙烯酰胺及1gN，N’‑亚甲基双丙烯酰胺/100mL水量的N，N’‑亚甲基双丙烯酰胺与水混合溶解，溶液中丙烯酰胺的物质的量是初始水溶液中总金属离子物质的量的0.5‑1.2倍；使用聚四氟乙烯搅拌桨以1500rpm‑2000rpm的速度搅拌5‑15分钟后将其以5‑10℃/分钟的速度上升到75‑85℃并保持该温度直到成为胶冻状的凝胶；将形成的凝胶在低温高真空度的环境中干燥，该干燥过程采用目前市场上的成品冷冻干燥机，将凝胶放入冷冻干燥机样品盘中启动制冷机，待样品盘上凝胶温度降低到零下45‑零下50℃，开启真空泵提高真空度，待系统内气体压力降低至25‑35Pa以下，开启隔板温度控制开始脱水干燥，其他操作参数采取机器预设值，待体系内气压稳定干燥结束后，将干燥后的凝胶放入初始水溶液中，静置10‑20分钟，然后以5‑10℃/分钟的速度上升到75‑90℃并在此温度下恒温1‑3小时，然后将其放入80℃‑120℃干燥箱内干燥10‑20小时后放入管式炉中，在空气气氛中以2‑10℃/分钟的速度升温到950‑1050℃并在此温度下保持6‑12小时制得该模板合成双钙钛矿钾离子电池负极材料。