[发明专利]一种钾离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钾离子电池正极材料及其制备方法，属于锂电池正极材料的制备领域，所述正极材料包括钾镍锰氧四种元素；其化学式为：K_xNi_yMn_zO₂，其中，0.5x0.9，0.2y0.5，0.4z0.8。本发明制备的钾离子正极材料具有绿色环保、成本较低、纯度高、容量高、电池寿命长和高压可逆性好的优点；同时，本发明制备的钾离子正极材料具有良好的循环性能，循环30周的容量保持率在85%以上，最高可达99.1%。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料的制备领域，尤其涉及一种钾离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，曾支撑20世纪人类文明高速发展的以石油、煤炭和天然气为主的石化能源出现了前所未有的危机，除其储藏量不断减少外，石化能源使用后带来的温室效应等环境问题也日益突出。因此，开发新型的清洁能源尤为重要。当前，新型的清洁能源主要有风能、太阳能、核能和地热能等。清洁能源和新型汽的应用均离不开中大型储能电池和动力电池。

目前，在众多储能电池和动力电池中，锂离子二次电池的应用最广，但是锂电池发展到现在似乎遇到了一个“瓶颈期”，能量密度提升缓慢，成本下降并不迅速，而且在快充、适应温度范围、更大规模部署应用(电动汽车、储能)以及资源丰度方面都已经遇到了挑战。因此，人们一直在寻找一种新的二次电池技术弥补锂电的不足，比如钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池和钙离子电池等。其中，钾离子电池有诸多优势，如钾地壳储量大、钾源价格便宜和电池容量大等。

可以看出，钾离子电池是一种相当有前景的储能系统；尽管如此，但目前对钾离子正极材料的研究仍然处在起步阶段。专利申请201611217148.6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。

专利申请201710318745.6公开了一种钾离子电池正极材料用钾锰氧化物的制备方法，包括以下步骤：步骤S₁：将锰源和钾源分散于去离子水中，搅拌后形成第一溶液；步骤S₂：向所述第一溶液中加入草酸溶液并搅拌，得到第二溶液；加热所述第二溶液直到蒸干水分后得到沉淀物料；步骤S₃：将所述沉淀物料压片后预煅烧，并在预煅烧后冷却，得到预煅烧后物料；步骤S₄：研磨所述预煅烧后物料，得到研磨后物料；将所述研磨后物料压片后煅烧，并在煅烧后冷却至室温，得到钾离子电池正极材料用钾锰氧化物。但上述两种该方法制备的钾离子正极材料的不仅放电容量低、不稳定，而且循环性能较差。

综上，现有的钾离子正极材料仍然存在循环性能不稳定等问题，为此，有必要开发一种新的钾离子正极材料，这对促进钾离子电池的进一步应用具有重要的现实意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种钾离子电池正极材料及其制备方法，本发明制备的钾离子正极材料具有绿色环保、成本较低、纯度高、容量高、电池寿命长和高压可逆性好的优点。

本发明的目的之一是提供一种钾离子电池正极材料。

本发明的目的之二是提供一种钾离子电池正极材料的制备方法。

本发明的目的之三是提供一种钾离子电池。