【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钾离子电池材料领域，具体涉及一种钾离子电池正极材料及其制备方法和钾离子电池。
技术介绍
1、随着可再生能源和电力的迅速发展，电网是迫切需要发展低成本和便捷的储能装置。众所周知，锂离子电池、钠离子电池、铝离子电池和钾离子电池已经广泛应用，在能源市场上各有特点。虽然锂离子电池因其能量密度高已广泛应用于各个领域，但由于地壳中锂资源有限且分布不均匀，阻碍了锂离子电池在电网中的应用。钾离子电池因其成本低、钾资源丰富等优点备受关注。钾的氧化还原电极电位(k+/k：-2.93v)比锂的氧化还原电极电位(li+/li：-3.04v)更低。因为k+的半径比li+和na+大得多，因此需要设计一种合适的电极材料来储存钾。用于储钾的正极材料主要有聚阴离子化合物、层状氧化物、有机材料和普鲁士蓝类似物。其中，聚阴离子化合物因其特殊的结构使其具有优异的电化学能力。其中，氟磷酸钾钒(kvpo4f)作为钾离子电池最重要的正极材料之一，因其高电压输出和能量密度而备受关注。kvpo4f属于聚阴离子型化合物，其导电性较差，导致其倍率性能较差。并且因其工作电压高，导致其易发生副反应，加速其循环过程中的容量衰减。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中钾离子电池正极材料的导电性和循环稳定性差的缺陷，从而提供一种正极材料及其制备方法。
2、为此，本专利技术提供了一种钾离子电池正极材料，包括纳米级聚阴离子化合物和负载在所述聚阴离子化合物上的mxene材料，所述聚阴离子化合物
3、进一步地，所述mxene材料选自碳化钒mxene材料、碳化铝mxene材料、碳化钛mxene材料中的一种或者多种；优选为碳化钒mxene材料。
4、进一步地，所述mxene材料与纳米级聚阴离子化合物的质量比为1-4：2-6，优选为1.5-2.5：3-4。
5、进一步地，所述纳米级聚阴离子化合物的粒径d50为500-700nm。
6、本专利技术还提供了一种钾离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：将纳米级聚阴离子化合物和mxene材料在溶剂的存在下混合，得到混合液，对混合液进行加热处理，制得钾离子电池正极材料；
7、可选的，所述溶剂为乙醇、甲醇、水、丙酮中的一种或者多种；
8、可选的，所述mxene材料与溶剂的质量体积比为1-4g：50ml；
9、可选的，混合液中还加入表面活性剂；
10、可选的，所述加热处理之后还包括洗涤和干燥的步骤。
11、其中表面活性剂可以是泊洛沙姆和/或聚乙二醇。
12、进一步地，加热处理的温度为120-180℃，时间为6-15h；优选的，加热处理的温度为140-160℃，时间为8-12h。
13、进一步地，所述纳米级聚阴离子化合物的制备方法包括如下步骤：
14、将m源、钾源、磷源、氟源混合，经研磨、煅烧，制得纳米级聚阴离子化合物；
15、可选的，所述m源包含五氧化二钒、硝酸钒、卤化钒、硫酸钒、磷酸钒、氧化铁、四氧化三铁、硝酸铁、卤化铁、硫酸铁、磷酸铁、氧化锰、硝酸锰、卤化锰、硫酸锰、磷酸锰、氧化镍、硝酸镍、卤化镍、硫酸镍、磷酸镍中的一种或者多种；
16、可选的，所述钾源包含碳酸钾、氧化钾、硝酸钾、卤化钾、硫酸钾、柠檬酸钾中的一种或者多种；
17、可选的，所述磷源包含磷酸、磷酸铵、磷酸钒中的一种或者多种；
18、可选的，所述氟源包含氟化铵、氟化钠中的一种或者多种；
19、可选的，煅烧温度为500-600℃，时间为1.5-3h。
20、其中钒源、钾源、磷源、氟源中钒、钾、磷、氟元素的摩尔比为1:1:1:1。
21、进一步地，所述mxene材料的制备方法包括如下步骤：
22、将max相在刻蚀剂的作用下经化学刻蚀后制得mxene材料；优选的，所述max相选自v2alc、v2gec、ti4aln3、ti3alc2或者ti2alc；更优选的，所述max相为v2alc。
23、进一步地，所述刻蚀剂包括酸溶液和氟化物；可选的，所述氟化物包含氟化钠、氟化钾中的一种或者多种；
24、可选的，所述酸为盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液中的一种或者多种；
25、可选的，所述max相的质量与氟化物的质量和酸溶液的体积之比为0.8-1.5g：0.8-1.5g：10-30ml；
26、可选的，化学刻蚀的时间为60-80h，温度为80-100℃；
27、可选的，化学刻蚀之后还包括洗涤和干燥的步骤。
28、本专利技术中洗涤过程中采用乙醇和/或水进行洗涤。干燥可以采用真空干燥。干燥温度可以是50-70℃，时间为4-10h。
29、本专利技术还提供了一种正极极片，其包括所述的钾离子电池正极材料或者所述的制备方法制得的钾离子电池正极材料。
30、本专利技术还提供了一种钾离子电池，包括上述的正极极片。
31、本专利技术技术方案，具有如下优点：
32、1.本专利技术提供的钾离子电池正极材料，包括纳米级聚阴离子化合物和负载在所述聚阴离子化合物上的mxene材料，所述聚阴离子化合物的分子式为kvpo4f，该正极材料通过纳米级kvpo4f初级颗粒以及mxene材料能够极大提高材料的电导率和相间稳定性，该正极材料不仅具有三维互联的导电网络结构，提供了丰富的活性位点，显著加快了k+/电子的传递，提升了倍率性能，而且提高了kvpo4f的电子电导率，降低了极片的电阻率，此外还抑制了颗粒的团聚，形成了稳定的界面，从而提高了电池的循环稳定性，负载于kvpo4f上的手风琴状的mxene材料有效抑制了副反应的产生，则可提升电池的循环寿命。
33、2.本专利技术提供的钾离子电池正极材料，在某些优选的实施方式中通过选用碳化钒mxene材料(v2ctx)，在kvpo4f和v2ctx的界面上形成了v-f-c键，有效减少了f的损失，材料稳定性更好，进而循环寿命更长、倍率性能更优。
34、3.本专利技术提供的钾离子电池正极材料，在某些优选的实施方式中通过控制mxene材料与纳米级聚阴离子化合物的质量比为1-4：2-6，尤其是1.5-2.5：3-4，材料稳定性更好，进而循环寿命更长、倍率性能更优。
35、4.本专利技术提供的钾离子电池正极材料的制备方法，制备方法简单，操作方便，对环境友好，制备周期较短，可极大降低生产成本，适合工业化生产，在某些优选的实施方式中通过控制加热处理的温度为120-180℃，时间为6-15h；尤其是控制加热处理的温度为140-160℃，时间为8-12h，材料稳定性更好，进而循环寿命更长、倍率性能更优。
36、5.本专利技术提供的钾离子电池正极材料的制备方法，通过选用v2alc为max相，材料稳定性更好，进而循环寿命更长、倍率性能更优。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种钾离子电池正极材料，其特征在于，包括纳米级聚阴离子化合物和负载在所述聚阴离子化合物上的MXene材料，所述聚阴离子化合物的分子式为KMPO4F，其中M为V、Fe、Mn、Ni中的一种或者多种。
2.根据权利要求1所述的钾离子电池正极材料，其特征在于，所述MXene材料选自碳化钒MXene材料、碳化铝MXene材料、碳化钛MXene材料中的一种或者多种；优选为碳化钒MXene材料。
3.根据权利要求1或2所述的钾离子电池正极材料，其特征在于，所述MXene材料与纳米级聚阴离子化合物的质量比为1-4：2-6，优选为1.5-2.5：3-4。
4.根据权利要求1-3中任一所述的钾离子电池正极材料，其特征在于，所述纳米级聚阴离子化合物的粒径D50为500-700nm。
5.一种权利要求1-4中任一所述的钾离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将纳米级聚阴离子化合物和MXene材料在溶剂的存在下混合，得到混合液，对混合液进行加热处理，制得钾离子电池正极材料；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，加热处
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级聚阴离子化合物的制备方法包括如下步骤：
8.根据权利要求5-7中任一所述的制备方法，其特征在于，所述MXene材料的制备方法包括如下步骤：
9.一种正极极片，其特征在于，其包括权利要求1-4中任一所述的钾离子电池正极材料或者权利要求5-8中任一所述的制备方法制得的钾离子电池正极材料。
10.一种钾离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种钾离子电池正极材料，其特征在于，包括纳米级聚阴离子化合物和负载在所述聚阴离子化合物上的mxene材料，所述聚阴离子化合物的分子式为kmpo4f，其中m为v、fe、mn、ni中的一种或者多种。
2.根据权利要求1所述的钾离子电池正极材料，其特征在于，所述mxene材料选自碳化钒mxene材料、碳化铝mxene材料、碳化钛mxene材料中的一种或者多种；优选为碳化钒mxene材料。
3.根据权利要求1或2所述的钾离子电池正极材料，其特征在于，所述mxene材料与纳米级聚阴离子化合物的质量比为1-4：2-6，优选为1.5-2.5：3-4。
4.根据权利要求1-3中任一所述的钾离子电池正极材料，其特征在于，所述纳米级聚阴离子化合物的粒径d50为500-700nm。
5.一种权利要求1-4中任一所述的钾离子电池正极材料的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙永勤，王娟玲，陈辉，盛杰，卢章，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。