[发明专利]一种基于镍锰二元氧化物的钾离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于镍锰二元氧化物的钾离子电池正极材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：将镍盐、锰盐、钾盐和掺杂元素盐类溶于去离子水得到一定浓度的金属离子盐溶液；将金属离子盐溶液加入到有机酸或者盐溶液并搅拌；将有机酸或者有机酸盐前驱体悬浊液加热蒸发水份直至水份蒸发完全，得到有机酸盐的前驱体粉末；或者直接将含有镍/锰/钾的有机酸盐类直接混合，得到有机酸盐的前驱体；将前驱体粉末研磨，预烧结，然后再研磨，在高温下焙烧得到正极材料。该制备方法操作步骤可控性高，生产成本低廉，较易进行规模化生产。

技术领域

本发明涉及钾离子电池正极材料及其制备方法，具体涉及一种基于镍锰二元氧化物的钾离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展以及工业的急剧扩张，以煤、石油、天然气三大主要能源为代表的化石燃料消耗量激增，这种对不可再生资源的过度开发及使用，加剧了能源短缺和全球环境恶化之间的矛盾，严重制约着人类经济和社会的发展。因此，开发清洁可再生的新能源是今后世界经济中最具决定性影响的技术领域之一。锂离子二次电池作为一种新型、清洁、可再生的能源，具有开路电压高、比能量高、安全性能优越以及环境友好等特点，因此广泛应用于便携式电子设备和电动汽车等领域。但由于锂资源稀缺的储量与高昂的价格严重制约了锂离子电池在大规模储能等方面的应用。因此有必要大力发展下一代综合效能优异的二次电池新体系。

钾离子电池、钠离子电池、镁离子电池等新型二次电池与锂离子电池具有相同的化学反应原理以及资源丰富、价格便宜等优势备受研究者的关注。其中钾离子电池具有与锂离子电池最为接近的标准电极电势，同时钾离子在电解液中具有较大的离子迁移速率。目前关于钾离子电池的研究多关注于负极材料的制备，而关于正极材料方面的研究较少。

中国发明专利申请CN 107226475 A提出基于普鲁士蓝的钾离子电池正极材料，虽然其容量可达90.7mAh/g，循环400次，容量保持率在90.37％；然而，这种材料存在操作可控性差、难以大规模生产的问题。

中国发明专利申请CN 107093739 A提出了基于钾锰氧化物的钾离子电池正极材料，其容量可达83.9mAh/g，但是这种材料存在循环性能差、无明显放电平台的不足。

中国发明专利申请CN 105826521 A提出了基于聚阴离子化合物的钾离子电池正极材料，在1.6V左右有明显的放电平台，但是这类材料存在能量密度低的问题；

Kuniko Chihara发现，通过高温焙烧的方法可得到一种KVPO₄F的钾离子电池正极材料，其具有可达4V的放电平台和优异的倍率性能，但是这类材料存在比容量低的不足；

由于钾离子电池正极材料的研究尚处于起步阶段，目前报道的正极材料的种类十分有限，且这些材料均存在这样或者那样的不足，严重阻碍了钾离子电池的商业化进程，因此，亟待开发新型高性能的钾离子电池正极材料。

发明内容

鉴于现有材料存在的不足，本发明提供一种新型高性能的基于镍锰二元氧化物的钾离子电池正极材料及其制备方法。

本发明包含如下内容：

一种基于镍锰二元氧化物的钾离子电池正极材料，其化学式为：K_aX_mNi_bMn_cO₂；其中0.4≤a≤1.2，0≤m≤0.1，0.1≤b≤0.5，0.5≤c≤0.9，b+c＝1；所述X包括Fe、Al、Mg或Li。

一种基于镍锰二元氧化物的钾离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将可溶性的镍盐、锰盐、钾盐和掺杂元素盐溶解于有机溶剂与去离子水的混合溶剂中配成溶液A；

(2)将有机酸或者有机酸盐溶解于有机溶剂与去离子水形成的混合溶剂中得到溶液B；