[发明专利]碳包覆铁锰酸钾内连接纳米线材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及碳包覆K_0.7Fe_0.5Mn_0.5O₂内连接纳米线材料及其制备方法，该材料可作为钾离子电池正极活性材料。

背景技术

近年来，随着新型能源的发展及智能电网系统的推广，能源储存体系对于新型能源基础设施建设的要求越来越高。在当前的各种能源储存技术中，可充电电池由于其使用寿命长、经济效益好等优点而受到人们的青睐，例如，传统的铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池等。然而，每一种传统电池都存在缺点和局限性，很难满足日益增长的能源储存需求。由此，新型储能电池的开发与应用迫在眉睫。

目前，已经开发的新型储能电池有钠离子电池、镁离子电池、锌离子电池、钙离子电池及混合离子电池等。由于钾元素在地球中的储量丰富，一种基于钾离子嵌入/脱出式的钾离子电池也开始受到广泛关注。在钾离子电池充放电过程中，由于钾离子的半径比较大，电池正极材料的结构很容易遭到破坏，致使钾离子电池的循环寿命较差及容量衰减较快。在已报道的钾离子正极材料中，普鲁士蓝类材料具有较大的离子扩散路径而被广泛研究，但其较差的电导率和较低的热稳定性，限制其在钾离子电池中的应用。因此，寻找一种结构稳定的钾离子正极材料，确保电池充放电过程中电极材料结构不会遭到破坏，显得尤为重要。为解决这一问题，我们设计构筑了一种新型以碳包覆K_0.7Fe_0.5Mn_0.5O₂纳米线内连接为基础的一维钾离子插层铁锰基层状氧化物，提高了钾离子电池的结构稳定性和倍率性能，改善了其电化学性能。目前，碳包覆K_0.7Fe_0.5Mn_0.5O₂内连接纳米线材料还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳包覆K_0.7Fe_0.5Mn_0.5O₂内连接纳米线材料及其制备方法，其制备过程简单，能耗较低，产率较高，所得到的碳包覆K_0.7Fe_0.5Mn_0.5O₂内连接纳米线材料作为钾离子电池正极材料具有良好的电化学性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种碳包覆K_0.7Fe_0.5Mn_0.5O₂内连接纳米线材料，由石墨化碳层包覆K_0.7Fe_0.5Mn_0.5O₂纳米晶粒形成直径为50-150nm的纳米线，纳米线之间相互交错连接，形成一维网状结构，其中表面碳层的含量为4.0-8.0wt.％.。

碳包覆K_0.7Fe_0.5Mn_0.5O₂内连接纳米线材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将钾源、铁源、锰源加入到去离子水中，在一定温度下搅拌混合均匀；

2)将步骤1)所得溶液中加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌均匀静置，得到前驱体溶液；

3)将步骤2)所得溶液转移入注射器中，在恒温下，采用高压静电纺丝技术制备纳米纤维；

4)将步骤3)所得的纳米纤维在空气中进行预烧；

5)将步骤4)所得产物在氩气氛围中煅烧，得到碳包覆K_0.7Fe_0.5Mn_0.5O₂内连接纳米线材料。