[发明专利]硫化锡-石墨烯材料协同醚类电解液在钾离子电池的应用

说明书

本发明涉及一种硫化锡‑石墨烯材料协同醚类电解液在钾离子电池的应用，其中所述硫化锡‑石墨烯材料中碳的质量含量为10‑30％。所述硫化锡‑石墨烯材料协同醚类电解液在100mA/g的电流密度下的首次可逆比容量可达380‑450mAh/g，50次循环后的容量保持率大于90％。可见，硫化锡‑石墨烯协同醚类电解液用于钾离子电池负极材料时，具有质量比容量高、循环稳定性好、倍率性能优异等优点。同时本发明材料的制备方法简单、成本低廉，同时对电解液的相关优化也有简单易行，相关方法易于实现工业化规模化应用。

技术领域

本发明涉及钾离子电池负极材料及电解液技术领域，具体涉及硫化锡-石墨烯材料协同醚类电解液在钾离子电池的应用。

背景技术

锂离子电池因其具有较高的能量密度，优异的储能性能，被使用在各种电子设备中。随着大规模能量存储时代的到来，尤其是电动汽车及智能电网的迅速发展，人们对锂资源的需求也急剧增加。然而，锂资源稀缺、成本升高且分布不均匀等则严重限制了锂离子电池的发展。因此亟需寻找锂元素的替代元素。钾元素储量大，价格低廉，与锂元素处于同一主族，具有与锂元素类似的性质，这都预示着钾离子电池是锂离子电池较为合适的替代元素。但钾离子的离子半径较大，在循环过程中易引起材料体积膨胀，使循环性能变差，比容量减小，并且钾离子迁移速度减慢，难以进行快速充放电。因此合适的负极材料显得至关重要。同时，由于钾离子在常规脂类溶剂中溶剂化后的基团较难嵌入于负极材料中，其循环性能及比容量也受到极大的限制。目前在锂/钠离子电池领域，已有了关于硫化锡-石墨烯复合物的相关报道(Electrochimica Acta,2018,269,452-461；ACS Applied MaterialsInterfaces,2017,9(18),15484-15491)。但是这些研究工作更多的仅应用于锂/钠离子电池负极，并配合常规脂类电解液进行使用。但目前关于硫化锡-石墨烯复合物协同醚类电解液用于钾离子电池还未有相关的研究及报道。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供硫化锡-石墨烯材料协同醚类电解液在钾离子电池的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

硫化锡-石墨烯材料协同醚类电解液在钾离子电池的应用，包括提供一种包括硫化锡-石墨烯材料的负极，提供一种溶剂为醚类溶剂的电解液，以及组装包括所述负极和电解液的钾离子电池；所述硫化锡-石墨烯材料中碳的质量分数为10-30％。

所述硫化锡-石墨烯材料协同所述电解液在100mA/g的电流密度下的首次可逆比容量为380-450mAh/g，50次循环后比容量为345-482mAh/g，50次循环后的容量保持率大于90％。

优选的，电解质在所述电解液中的浓度大于或等于3mol/L。

优选的，所述醚类电解液中的溶剂包括乙二醇二甲醚和/或二乙二醇二甲醚，电解质包括高氯酸钾、六氟磷酸钾、双氟磺酰亚胺钾和/或三氟甲磺酸钾。

在优化电解液时，需要用分子筛对溶剂进行严格除水。

所述硫化锡-石墨烯材料结构优选为片状自组装形成的三维结构，硫化锡以纳米片结构负载于石墨烯表面。

优选的，所述硫化锡-石墨烯材料通过如下方法进行制备：

在氧化石墨烯溶液中加入锡源与硫源进行水热反应，其中氧化石墨烯的浓度为1-5mg/mL，锡源与硫源的摩尔比为1：2.5-4；将反应产物在惰性气氛保护下进行热处理得到所述硫化锡-石墨烯材料。

反应过程中需要提供过量的硫源以充分反应得到所述产物，否则会造成缺硫面导致材料物相不均。

所述惰性气氛包括氩气和/或氮气。

优选的，所述水热反应温度为120-200度，时间为12-48小时；所述热处理温度为400-1000度，时间为1-4小时。