一种改性高铁酸钾材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种改性高铁酸钾材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：混合高铁酸钾、有机碳源和有机溶剂，混合后去除有机溶剂得到复合材料；煅烧所述复合材料，得到所述改性高铁酸钾材料。所述制备方法充分考虑到了高铁酸钾的本征缺陷，采取有机碳源液相包覆，通过高温碳化制备出裂解碳层包覆的改性材料，在一定程度克服了高铁酸盐的本征缺陷，提高了高铁酸钾的稳定性，以及其作为正极材料的电化学性能。材料的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改性高铁酸钾材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种高铁酸钾材料，尤其涉及一种改性高铁酸钾材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]目前市场对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，而高能量密度的锂离子电池需要有高比容量的正极材料与之匹配，但是目前常用的正极材料的实际比容量一般在200mAh/g之下，难以满足能量密度的要求。高铁酸钾具有高达406mAh/g的理论比容量，其中的Fe处于正六价，氧化还原电位较高，且反应具有可逆性，且K2FeO4制备工艺成熟且简单，价格低廉且环保，可以作为正极材料替代锂电池常规使用的正极材料。
[0003]但是，高铁酸钾因其中的Fe处于+6价，在循环过程中极易发生自分解反应(4K2FeO4＝2Fe2O3+3O2+4K2O)；另一方面，高铁酸钾极易与空气中的水反应(4K2FeO4+10H2O
═
4Fe(OH)3↓
+8KOH+3O2↑
)，因此高铁酸钾难以存储且循环稳定性差，仅可循环100圈左右。
[0004]并且目前研究人员对高铁酸盐作为正极材料的研究较少，没有较好的方法来从根本上解决上述高铁酸钾存在的问题，如CN 101083326A公开了一种非水体系的锂高铁电池，以高铁酸钾电极为正极，金属锂为负极，以LiPF6的EC/DMC(1∶1)溶液为电解液，聚乙烯多孔膜为隔膜，不锈钢编织网为集流体，在相对湿度小于1％的手套箱中装配而成；其公开的电池采用非水电解液来防止高铁酸钾的自分解等反应，但是还是未从材料本身克服高铁酸钾的缺陷，因此循环性能较差。
[0005]基于以上研究，需要提供一种改性高铁酸钾材料，从材料本身克服高铁酸钾的本征缺陷，并充分考虑到K2FeO4的材料特性，采用特定改性方法，使得到的材料存储性能和循环性能大大提高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种改性高铁酸钾材料及其制备方法与应用，所述制备方法充分考虑到了K2FeO4遇水分解的特性，采取有机碳源包覆，通过高温碳化制备出裂解碳包覆的复合材料，在一定程度克服了高铁酸盐的本征缺陷，提高了高铁酸钾的性能。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种改性高铁酸钾材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0009](1)混合高铁酸钾、有机碳源和有机溶剂，混合后去除有机溶剂得到复合材料；
[0010](2)煅烧步骤(1)所述复合材料，得到所述改性高铁酸钾材料。
[0011]本专利技术采用湿法混合，将有机碳源和高铁酸钾在有机溶剂中进行预混，即能将二者有效混合，又能避免高铁酸钾与空气中的水反应的问题，再将混合后的复合材料进行煅烧，使有机碳源在高铁酸钾表面裂解碳化，形成了高温裂解碳包覆层，因此，本专利技术在包覆过程中充分考虑了高铁酸钾的材料特性，采用有机溶剂进行液相包覆，再进行煅烧，防止了
制备过程中高铁酸钾的分解，使得改性高铁酸钾表面包覆裂解碳层，改善了高比能正极材料K2FeO4遇水易分解和易自放电分解等本征缺陷，提升了材料存储稳定性和循环性能。
[0012]优选地，步骤(1)所述有机碳源包括树脂类化合物。
[0013]本专利技术采用树脂类化合物作为有机碳源，由于树脂类化合物的热解碳比容量高，电子电导率高，且易于合成，相较于采用其它传统的聚合物进行高温裂解，能更好的抑制充放电过程中活性物质的体积变化。
[0014]优选地，所述树脂类化合物包括环氧苯树脂、聚环氧乙烷树脂或二酚基丙烷型环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括环氧苯树脂和聚环氧乙烷树脂的组合，或环氧苯树脂和二酚基丙烷型环氧树脂的组合。
[0015]优选地，所述树脂类化合物的环氧当量为175
‑
200g/mol，例如可以是175g/mol、180g/mol、185g/mol、190g/mol、195g/mol或200g/mol，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术所述树脂类化合物均为环氧类树脂，且环氧当量在特定范围内，当树脂类化合物的环氧当量过小，会导致残碳量较小使得包覆层厚度较小，影响材料循环寿命，环氧当量过大时，包覆层厚度较大，影响材料首效及压实密度。
[0017]优选地，步骤(1)所述高铁酸钾的粒径为4
‑
10μm，例如可以是4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，步骤(1)所述高铁酸钾和有机碳源的质量比为1:(0.03
‑
0.09)，例如可以是1:0.03、1:0.05、1:0.07或1:0.09，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0019]本专利技术所述有机碳源的添加量会影响包覆裂解碳层的厚度，因此需要保证有机碳源与高铁酸钾的质量比在合理范围内，使得包覆层在发挥作用的前提下，不会影响高铁酸钾的性能发挥。
[0020]优选地，步骤(1)所述高铁酸钾和有机溶剂的质量比为1:(0.4
‑
0.6)，例如可以是1:0.4、1:0.5或1:0.6，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，步骤(1)所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或丙酮中任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括甲醇和乙醇的组合，乙醇和丙酮的组合，或甲醇和丙酮的组合，优选为至少两种的组合。
[0022]本专利技术任意两种有机溶剂的质量为(1
‑
5):(1
‑
5)，例如可以是1:1、1:3、1:5、5:1或2:5，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，步骤(1)所述混合在氮气和/或惰性气体中进行。
[0024]本专利技术为了进一步保证混合过程中高铁酸钾的稳定性，因此，混合过程在氮气和/或惰性气体中进行，进一步避免了高铁酸钾在混合过程中的自分解以及与空气中水分的反应。
[0025]优选地，步骤(1)所述混合的搅拌速度为200
‑
500r/min，例如可以是200r/min、300r/min、400r/min或500r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，步骤(1)所述混合的时间为3
‑
8h，例如可以是3h、4h、5h、6h、7h或8h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0027]优选地，步骤(2)所述煅烧的温度为700
‑
900℃，例如可以是700℃、750℃、800℃、850℃或900℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0028]优选地，步骤(2)所述煅烧的时间为3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性高铁酸钾材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)混合高铁酸钾、有机碳源和有机溶剂，混合后去除有机溶剂得到复合材料；(2)煅烧步骤(1)所述复合材料，得到所述改性高铁酸钾材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机碳源包括树脂类化合物；优选地，所述树脂类化合物包括环氧苯树脂、聚环氧乙烷树脂或二酚基丙烷型环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述树脂类化合物的环氧当量为175
‑
200g/mol。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述高铁酸钾的粒径为4
‑
10μm；优选地，步骤(1)所述高铁酸钾和有机碳源的质量比为1:(0.03
‑
0.09)；优选地，步骤(1)所述高铁酸钾和有机溶剂的质量比为1:(0.4
‑
0.6)；优选地，步骤(1)所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或丙酮中任意一种或至少两种的组合，优选为至少两种的组合。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在氮气和/或惰性气体中进行；优选地，步骤(1)所述混合的搅拌速度为200
‑
500r/min；优选地，步骤(1)所述混合的时间为3
‑
8h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述煅烧的温度为700
‑
900℃；优选地，步骤(2)所述煅烧的时间为3
‑
5h；优选地，步骤(2)所述煅烧的升温速率为3
‑
10℃/min。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾昱，韩岁伍，赵生荣，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：