一种钾离子电池负极材料制造技术

本发明专利技术属于钾离子电池负极材料的制备领域，具体涉及一种钾离子电池负极材料。主要利用Sb具有较高比容量，引入B提高电极材料的循环稳定性，制备出具有较高质量比容量和较高循环稳定性的纳米棱镜状的B

【技术实现步骤摘要】
一种钾离子电池负极材料


[0001]本专利技术属于钾离子电池负极材料的制备领域，具体涉及一种钾离子电池负极材料。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)显示出较高的能量密度和优异的功率密度，被广泛应用在能源存储领域。然而，锂资源有限且分布不均，这不仅使LIBs成本较高，而且严重限制了LIBs的大规模应用。因此，急需开发新的、低成本能源存储装置。钾离子电池(PIBs)和LIBs工作原理相似，且钾资源储量丰富，成本较低，并且其氧化还原电位与锂十分接近(K+/K：
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2.93 V vs. Li+/Li:
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3.04 V)。从而，PIBs是LIBs的理想替代品之一，特别是在大规模储能领域。因此，开发低成本、可大规模制备且具有优异电化学性能的PIBs电极材料是推动PIBs发展的关键。
[0003]锑（Sb）基负极材料由于良好的化学稳定性，低的还原电势和高的理论容量等势，在钾离子电池的研究中受到广泛关注。目前的研究工作表明体积膨胀和迟滞的动力学是限制其电化学性能的主要因素。为了克服这些缺点实现性能的提升，本专利技术采用了纳米结构设计，形貌结构调控和掺杂复合的方式来提升锑基负极的电化学性能。
[0004]较大的钾离子(K+)尺寸导致PIBs具有较差的倍率性能，而且，由于锑基材料理论容量的局限性，为了发展高功率及高能量密度的PIBs，需要开发新的高性能电极材料来进一步提高PIBs的倍率性能和放电容量。鉴于此，为了满足不同的生产需求，本专利技术围绕制备低成本、高性能PIBs负极材料进行了实验，制备了高比容量和高循环稳定性的纳米棱镜状的B
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NiSb2O4电极材料。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术利用Sb具有较高比容量，引入B提高电极材料的循环稳定性，制备出具有较高质量比容量和较高循环稳定性的纳米棱镜状的B
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NiSb2O4电极材料，具体合成步骤如下：S1、制备镍锑合金：取0.5
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1.3 g的聚乙烯吡咯烷酮或氮甲基吡咯烷酮、0.3
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0.8g的四水醋酸镍或氯化镍、0.6
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2.2g酒石酸锑钾半水合物或三氯化锑溶解在40
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80 mL乙醇中，在圆底烧瓶中形成透明溶液。然后将圆底烧瓶放入70
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95 ℃的油浴锅中，在回流条件下加热10
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18 h。然后，通过离心收集沉淀物，用乙醇洗涤5
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8次，然后在60
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80 ℃的真空干燥箱中干燥。
[0006]S2、引入B元素：用超声处理法将25
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40 mg步骤S1制备的镍锑合金分散在18
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35mL的乙醇中。在超声作用下，边搅拌，边滴入0.8
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1.2 mol/L的硼氢化钠，直至气泡消失即可完成B的引入，用乙醇清洗3
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5次后，离心干燥收集样品。
[0007]S3、将步骤S2制备的样品，在马弗炉中煅烧200
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350 ℃，保温时间为1
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1.5 h，即可获得纳米棱镜状的B
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NiSb2O4电极材料。
[0008]S4、将步骤S3制备的纳米棱镜状的B
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NiSb2O4电极材料：乙炔黑：聚四氟乙烯按照8：1：1的质量比混合均匀，然后均匀涂覆到铜箔上，将其作为负极片，用钾金属片作为正极片，在真空手套箱中组装成CR2032钾离子电池，并在蓝电工作仪上测试其性能。
[0009]本专利技术中每个实验制备成5个CR2032钾离子电池，以平均测试结果，减小实验的偶然性。
[0010]优选地：所述步骤S1中选用0.8g的聚乙烯吡咯烷酮；优选地：所述步骤S1中选用0.5g的四水醋酸镍；优选地：所述步骤S1的油浴温度为80℃；优选地：所述步骤S2中使用0.9 mol/L的硼氢化钠；优选地：所述步骤S3中的煅烧温度为220℃；本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术制备的纳米棱镜状的B
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NiSb2O4电极材料，外围有非晶的B作为保护层，使得材料在在合金和去合金反应过程中具有快的电子转移。这优异的反应动力学提高了大电流充放电过程中活性物质的利用率，在钾离子电池中表现出较好的倍率性能。
[0011]本专利技术通过控制超声中滴加硼氢化钠的过程，可控制备了一系列具有非晶/晶体核的纳米棱镜状结构。测试结果表明表面非晶结构比晶体结构具有更快的电极界面反应动力，有利于后续体相扩散，促使活性材料深度反应。
[0012]本专利技术制备的纳米棱镜状的B
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NiSb2O4电极材料呈中空结构，有利于钾离子的穿梭，有较高的质量比容量。
[0013]本专利技术操作简单，制作成本低，有利于批量生产。
[0014]本专利技术具有强的重复性，有利于推动钾离子电池产业化的进程。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术实施例1中制备的B
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NiSb2O4电极材料的透射电子显微镜图和面扫能谱图。
[0017]图2为本专利技术对比例1中制备的电极材料的扫描电子显微镜图。
[0018]图3为本专利技术实施例2中制备的B
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NiSb2O4电极材料的扫描电子显微镜图。
[0019]图4为本专利技术实施例3、对比例1、2中制备电极材料做钾离子电池测试循环120周的性能图。
[0020]图5为本专利技术实施例4中制备的B
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NiSb2O4材料做钾离子电池测试倍率性能循环图。
[0021]图6为本专利技术对比例3中制备的电极材料做钾离子电池测试倍率性能循环图。
[0022]图7为本专利技术实施例4中制备的B
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NiSb2O4材料经过大倍率循环后的材料透射电子显微镜图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术专利所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本
技术实现思路
，并不用于限定本专利技术专利。
[0024]实施例1：S1、制备镍锑合金：取0.5 g的聚乙烯吡咯烷酮、0.8 g的四水醋酸镍、2.2g三氯化锑溶解在40 mL乙醇中，在圆底烧瓶中形成透明溶液。然后将圆底烧瓶放入70 ℃的油浴锅中，在回流条件下加热10 h。然后，通过离心收集沉淀物，用乙醇洗涤5次，然后在60 ℃的真空干燥箱中干燥，本实施例中的三氯化锑使用前需要先在30ml丙酮和2ml盐酸溶液中浸泡5h，以激活Sb3+离子的活性，方便锑镍合金的制备。
[0025]S2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钾离子电池负极材料，其特征在于：具体制备方法如下：S1、制备镍锑合金：取0.5
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1.3 g的聚乙烯吡咯烷酮或氮甲基吡咯烷酮、0.3
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0.8g的四水醋酸镍或氯化镍、0.6
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2.2g酒石酸锑钾半水合物或三氯化锑溶解在40
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80 mL乙醇中，在圆底烧瓶中形成透明溶液；然后将圆底烧瓶放入70
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95 ℃的油浴锅中，在回流条件下加热10
‑
18 h；然后，通过离心收集沉淀物，用乙醇洗涤5
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8次，然后在60
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80 ℃的真空干燥箱中干燥；S2、引入B元素：用超声处理法将25
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40 mg步骤S1制备的镍锑合金分散在18
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35mL的乙醇中；在超声作用下，边搅拌，边滴入0.8
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1.2 mol/L的硼氢化钠，直至气泡消失即可完成B的引入，用乙醇清洗3
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5次后，离心干燥收集样品；S3、将步骤S2制备的样品，在马弗炉中煅烧200
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350 ℃，保温时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉成，秦东年，路耀岩，高建成，单辉，梁月宇，杨昌银，朱凯，卜祥伟，
申请(专利权)人：深圳市光宇电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：