[发明专利]一种复合电极材料及其制备方法，以及钾离子电池

说明书

本发明提供了一种复合电极材料及其制备方法，以及钾离子电池。本发明提供的复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将碘粉末、红磷粉末和多孔碳粉末混合，得到前驱体粉末；b)在真空条件下，对所述前驱体粉末进行烧结处理，得到碘掺杂磷/多孔碳复合电极材料。本发明先将碘粉末、红磷粉末和多孔碳粉末混合，制得前驱体粉末；再在真空条件下对所述前驱体粉末进行烧结处理，得到碘掺杂磷/多孔碳复合电极材料。本发明所得电极材料，以碘掺杂红磷，能够增强反应动力学，提高复合材料的储钾性能，而且能够提升材料的导电性以及缓解体积膨胀，将上述碘掺杂红磷与多孔碳复合，构建的复合材料具有较好的比容量和稳定性。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，特别涉及一种复合电极材料及其制备方法，以及钾离子电池。

背景技术

近三十年来，锂离子电池由于其高的能量密度和循环寿命，已经被广泛的应用于便携式数码产品和电动汽车领域，但是锂作为一种稀缺资源造成锂离子电池的成本较高，限制了其发展。钾元素与锂元素在元素周期表中位于同一周期，具有相似的物理化学性质，因此，钾离子电池与锂离子电池具有类似的工作原理，钾离子在正负极之间脱嵌完成钾离子电池的充放电。相比于锂资源的稀缺性，钾资源在地球上储量丰富，因此开发钾离子电池应用具有重要的应用价值。开发高容量、高倍率、长循环寿命的钾离子电池电极材料至关重要。

以合金基负极为例，其一直广受研究人员关注，不仅可以提供高容量，还提供了合适的工作电压平台，这有利于防止钾枝晶的形成，提高了电池的安全性。但是合金基负极存在着循环过程中体积膨胀大，循环过程中稳定性差等短板，碳/合金复合材料可以缓解体积膨胀，从一定程度上可以提升电极材料的稳定性。但是，随着对离子电池工作性能要求的逐渐提高，如何获得更高稳定性、以及提高电池的容量、电化学储钾性能仍是需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合电极材料及其制备方法，以及钾离子电池。本发明提供的负极材料能够有效提升钾离子电池的比容量和循环稳定性。

本发明提供了一种复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将碘粉末、红磷粉末和多孔碳粉末混合，得到前驱体粉末；

b)在真空条件下，对所述前驱体粉末进行烧结处理，得到碘掺杂磷/多孔碳复合电极材料。

优选的，所述步骤a)中，所述红磷粉末与多孔碳粉末的质量比为(0.3～3)∶1；

所述碘粉末在所述前驱体粉末中的质量比为1％～5％。

优选的，所述步骤a)中，所述多孔碳粉末为BP2000炭黑、科琴黑和YP-80F活性炭中的一种或几种。

优选的，所述步骤a)中，所述混合为球磨混合；

所述球磨的球料比为(1～20)∶1，球磨转速为10～800rpm，球磨时长为0.5～20h。

优选的，所述步骤b)中，所述烧结处理的条件为：

以2～20℃/min升温至500～900℃，保温0.5～20h。

优选的，所述步骤b)中，在烧结处理后，还进行降温；

所述降温的速率为1～5℃/min；

所述降温为降至室温。

优选的，所述步骤b)包括：

b1)将所述前驱体粉末置于真空密封的石英管内；

b2)对步骤b1)所得的封装的石英管进行烧结处理，得到碘掺杂磷/多孔碳复合电极材料。

优选的，所述石英管的长度为10～30cm，直径为5～50mm，所述前驱体粉末在石英管内的填充比为1％～5％。