[发明专利]一种氟磷酸钒氧钾及其制备方法和应用、一种钾离子电池

说明书

本发明提供了一种氟磷酸钒氧钾机器制备方法和应用，一种锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明使用Nasubgt;3/subgt;(VO)subgt;2/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;2/subgt;F作为原料，其具有较大的聚阴离子基团，通过恒电流电化学充放电的方式进行离子交换，所得氟磷酸钒氧钾具有稳定的晶体结构，用作锂离子正极活性物质时能够抑制钾离子在充放电过程进行脱嵌的体积效应，从而提升锂离子电池的循环性能；氟离子具有较强的电负性和诱导效应，可以诱导V的氧化还原电位，使氟磷酸钒氧钾具有更高的工作电压。同时，本发明所得氟磷酸钒氧钾具有良好的低温性能，其在‑25～25℃下具有良好的比容量。

技术领域

本发明涉及地钾离子电池技术领域，特别涉及一种氟磷酸钒氧钾及其制备方法和应用、一种钾离子电池。

背景技术

随着全球能源危机日益加重，可充电锂离子电池已经被广泛应用于能源存储系统。然而，由于锂资源的稀缺和发展需求的增加，伴随而来的是锂离子电池的成本日益提高，这无形当中限制其在大规模储能系统中的应用。因此寻找资源丰富、价格低廉、高性能和高能量密度的二次电池成为急需解决的问题。

钾和锂位于同一主族，具有相似的物理和化学性质，并且钾资源储量丰度较高，价格便宜。同时，钾不与金属铝发生反应，这将进一步降低钾离子电池的生产成本。钾的标准电极电势(-2.93V)与锂标准电极电势相当(-3.04V)，优于钠的标准电极电势(-3.73V)，这将有利于提升钾离子电池的工作电压与能量密度。但由于钾离子电池中钾离子具有较大的离子半径、较慢的离子迁移动力学，目前钾离子电池正极材料还研究的较少，仅有磷酸钒钾、氟硫酸铁钾能够由于钾离子电池，但它们的工作电压和能量密度都相对较低，使得锂离子电池的放电比容量和循环性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种氟磷酸钒氧钾及其制备方法和应用、一种钾离子电池。本发明提供的氟磷酸钒氧钾用作钾离子电池正极活性物质时具有良好的放电比容量和循环性能，且具有良好的低温性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氟磷酸钒氧钾的制备方法，包括以下步骤：

以Na₃(VO)₂(PO₄)₂F为正极材料，以钾为负极材料，以KPF₆有机溶液作为电解液进行恒电流电化学充放电，得到氟磷酸钒氧钾。

优选的，所述恒电流电化学充放电的电压为2～4.5V，电流密度为10～100mAg^-1，循环次数为10～100圈。

本发明提供了上述制备方法得到的氟磷酸钒氧钾，分子式为K₃(VO)₂(PO₄)₂F，空间群为I4/mmm，晶系为四方晶系。

本发明提供了上述氟磷酸钒氧钾作为钾离子电池正极活性物质的应用。

本发明提供了一种钾离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于，所述正极中的正极活性物质为上述的氟磷酸钒氧钾；

所述负极中的负极活性物质为预钾化石墨；

所述电解液为KPF₆有机溶液。

优选的，所述正极活性物质与负极活性物质的质量比为2.2～3:1。

优选的，所述预钾化石墨的制备方法包括：

将石墨与钾接触，浸没于KPF₆有机溶液中，得到预钾化石墨。