[发明专利]一种高性能钾离子电池负极用硒化钴@碳复合材料、其制备方法及相匹配的电解液

权利要求书

1.一种高性能钾离子电池负极用硒化钴@碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料为碳包覆的硒化钴的复合粉体材料，所述复合材料中硒化钴的质量含量为50~80%，碳的质量含量为20~50%；所述硒化钴@碳复合材料的微观形貌为：硒化钴纳米颗粒均匀分布于立方块结构的碳骨架内，立方块结构碳骨架被额外的碳层均匀包覆；所述的硒化钴纳米颗粒的粒径为10~100nm；所述的立方块结构的碳骨架的粒径为200~500nm；所述的额外的碳层的厚度为2~15nm；

制备包括步骤如下：

（1）将钴源、十六烷基三甲基溴化铵分散于去离子水中形成混合溶液A，将2-甲基咪唑分散于去离子水中形成混合溶液B；将混合溶液A加入混合溶液B中，搅拌，经离心、洗涤和干燥，得钴基金属有机框架材料Co-MOFs；所述的钴源为硝酸钴、氯化钴、乙酸钴中的一种；所述的钴源和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.014~0.02；所述的钴源和2-甲基咪唑的摩尔比为0.015~0.027:1；

（2）将步骤（1）得到的Co-MOFs分散于溶剂中，加入十六烷基三甲基溴化铵、有机聚合物体系，得混合溶液C，经搅拌、过滤，得到有机聚合物包覆的Co-MOFs；

所述的溶剂为乙醇和去离子水的混合溶剂，所述混合溶剂中乙醇和去离子水的体积比为3:7；所述的混合溶液C中Co-MOFs的质量浓度为5~23g/L；所述的Co-MOFs与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:1~1.2；

所述的有机聚合物体系为间苯二酚、甲醛和氨水体系，多巴胺和三羟甲基氨基甲烷体系，吡咯和过硫酸钠体系；所述的间苯二酚和甲醛的摩尔比为0.4~1:1，所述的间苯二酚和氨水中NH₃的摩尔比为0.1~0.3:1；所述多巴胺与三羟甲基氨基甲烷的摩尔比为1~2:1；所述的吡咯与过硫酸钠的摩尔比为0.2~0.5:1；所述的间苯二酚、多巴胺或吡咯与Co-MOFs的质量比为0.1-0.5:1；所述的搅拌时间为8~10h；

（3）将步骤（2）得到的有机聚合物包覆的Co-MOFs与硒粉混合，在氮气气氛下高温碳化，得到硒化钴@碳复合材料；所述的有机聚合物包覆的Co-MOFs与硒粉的质量比为1:1；所述的高温碳化温度为700-900℃，高温碳化的时间为1~6h。

2.根据权利要求1所述的硒化钴@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的混合溶液A中钴源的摩尔浓度为0.08~0.15mol/L。

3.根据权利要求1所述的硒化钴@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的混合溶液B中2-甲基咪唑的摩尔浓度为0.6~1.0mol/L。

4.根据权利要求1所述的硒化钴@碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的搅拌时间为20~30min；所述的洗涤为用乙醇将离心所得产物洗涤3次；所述的干燥为在60~80℃下真空干燥8~12h。

5.一种高性能钾离子电池， 包括负极和电解液，负极所用材料为权利要求1所述的制备方法制备得到的高性能钾离子电池负极用硒化钴@碳复合材料，所述的电解液包括碳酸酯基溶剂和钾盐，所述电解液中钾盐的摩尔浓度为0.1 ~3mol/L；所述的碳酸酯基溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合溶剂；所述的钾盐为双氟磺酰亚胺钾。