[发明专利]钾离子电池正极材料及其制备方法、应用

说明书

本申请公开了一种钾离子电池正极材料及其制备方法、应用，该钾离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐和可溶性锰盐溶于去离子水得到一定浓度的混合金属离子盐溶液，其中，镍盐、钴盐、锰盐中的镍、钴和锰的价态均为正二价；(2)将混合金属离子盐溶液加入釜反应器中，同时加入碳酸钠溶液；再加入氨水调节pH值至8‑11，控制温度在55‑60℃，使用惰性气体保护，连续搅拌；(3)将碳酸盐前驱体溶液过滤，并用去离子水洗涤，然后置于烘箱干燥；(4)将前驱体粉末研磨，预烧结，加入无水碳酸钾，机械球磨，再高温固相烧结得到化学式为K_x(Ni_yCo_zMn_1‑y‑z)O₂的正极材料。本发明的制备方法具有操作简单、周期短、成本低的优点。

技术领域

本公开一般涉及正极材料技术领域，具体涉及一种钾离子电池正极材料及其制备方法、应用。

背景技术

锂离子电池因其高的能量密度及其优异的储能性能，已被广泛应用于各种便携式电子产品、电动汽车和混合动力电动车中。但锂资源的储量十分有限，难以满足未来长期发展的需要，因此，人们把目光投向了地球上资源丰富的其他金属元素，目前在广泛研究的有钠离子电池、镁离子电池、铝离子电池和钾离子电池。

钾元素、锂元素和钠元素均处于元素周期表中第一主族，具有相似的物理化学性质和优异的脱嵌特性，使得在这三个体系中使用相似的化合物作为电极材料成为可能，而且地壳中钾元素的含量排在第7位，是锂的880倍，因此，其是一种很有前景的替代材料。和锂相比，钾离子在电解液中的移动更加活泼，更适合在短时间内的充电及一次性释放大量电流，输出高功率。目前，电动汽车存在充电时间过长的问题，如果可以在短时间内能够完成充电的话，将提高电动汽车的便利性。因此，钾离子电池是一种非常有前景的二次电池，特别是在对电池的体积能量密度要求不高的大规模储能方面拥有广泛的应用前景。

由于钾离子电池中能量储存和转化均发生在正负极材料内，因此正负极材料技术是钾离子储能电池的关键技术，只有研制出具有稳定嵌/脱能力的电极材料，才能实现钾离子电池的实用性突破。目前来说应用于钾离子电池负极材料的主要有系列碳材料，如石墨、炭黑、硬碳、软碳、石墨烯等，以及锑、锡等。然而，在正极材料上的研究报道的还较少，目前已报道的主要为有机化合物如苝四甲酸二酐和无机化合物如普鲁士蓝、普鲁士绿等，而关于含多个过渡金属的氧化物作正极材料未有报道。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种操作简单、周期短、成本低的钾离子电池正极材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明实施例提供一种钾离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐和可溶性锰盐溶于去离子水得到一定浓度的混合金属离子盐溶液，其中，镍盐、钴盐、锰盐中的镍、钴和锰的价态均为正二价；

(2)将步骤(1)得到的混合金属离子盐溶液加入釜反应器中，同时加入碳酸钠溶液；再加入氨水调节pH值至8-11，釜反应器内溶液温度控制在55-60℃，使用惰性气体保护，连续搅拌，得到碳酸盐前驱体溶液；

(3)将步骤(2)得到的碳酸盐前驱体溶液过滤，并用去离子水反复洗涤3-5次，然后置于烘箱干燥，得到前驱体粉末；

(4)将步骤(3)得到的前驱体粉末研磨，预烧结，加入无水碳酸钾，机械球磨，再高温固相烧结得到化学式为K_x(Ni_yCo_zMn_1-y-z)O₂的正极材料；