本發(fā)明屬于離子電池技術領域，具體涉及一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用。

背景技術：

隨著經濟的發(fā)展，社會的進步，傳統的化石能源資源有限，污染環(huán)境，因此能源危機和環(huán)境污染問題日益突出。故而，開發(fā)新型清潔能源尤為重要，如風能、核能、太陽能、生物能、地熱能等。對于這些新能源的開發(fā)和利用需要建立完善統一的理論體系，其中儲能顯得尤為重要。

鋰離子電池作為能源儲存和轉換元件，在新能源領域中占有重要地位。但是由于地殼中的鋰資源儲存有限，因此開發(fā)綠色可循環(huán)的二次電池居有重要意義。近年來，許多新型儲能電池應用而生，發(fā)展迅速，如鈉離子、鉀離子、鎂離子、鈣離子等二次電池。其中，鉀離子電池具有一些獨特的優(yōu)勢，如鉀源價格便宜，儲量豐富，并且鉀離子電池與鋰離子電池的標準還原電位最為接近等。

鉀離子電池主要依靠鉀離子在正極和負極之間移動來進行工作，然而，鉀離子的半徑大于鋰離子的半徑，電池的負極材料必須能夠嵌入載荷離子。已有研究表明，與鉀離子相比，鈉離子的半徑與鋰離子的半徑更為接近，鋰離子能夠嵌入以石墨為材料的負極中，但是鈉離子卻無法嵌入以石墨為材料的負極中，從而限制了石墨作為鈉離子作為負極材料的應用，這也說明了鋰離子電池中的負極材料無法應用于其他載荷離子電池的負極材料中，同時目前報道的鉀離子電池負極材料較少，因此開發(fā)綠色環(huán)保、結構穩(wěn)定、電化學平臺合適、比容量大的新型鉀離子電池具有十分重要的意義。

技術實現要素：

為了解決現有技術的不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用，將膨脹石墨應用于鉀離子電池負極，能夠使鉀離子電池具有優(yōu)異的離子和電子傳輸通道，結構穩(wěn)定且能夠循環(huán)利用。

為了實現上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用，所述膨脹石墨的制備方法為，將石墨與濃酸混合攪拌后抽濾石墨，將抽濾后的石墨進行干燥，再在干燥后的石墨置于惰性氣體中以1～20℃/min的速率升溫至500～1000℃，保溫一段時間后即可獲得應用于鉀離子電池負極材料的膨脹石墨。

經過本發(fā)明的發(fā)明人實驗發(fā)明采用上述方法制備的膨脹石墨具有能夠嵌入鉀離子的間隙，同時能夠使鉀離子能夠嵌入至該膨脹石墨中，將該方法制備的膨脹石墨作為鉀離子電池負極材料，其容量可達400mah/g。

本發(fā)明的目的之二是提供一種鉀離子電池，采用上述應用中的膨脹石墨作為鉀離子電池的負極材料。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明能夠將膨脹石墨用于鉀離子電池負極材料，其具有優(yōu)異的離子和電子傳輸通道，采用該膨脹石墨作為負極材料的鉀離子電池具有綠色環(huán)保，結構穩(wěn)定，可循環(huán)利用，可以作為鋰離子電池的替代品。

2.本發(fā)明中制備的膨脹石墨作為鉀離子電池負極材料，其容量可達400mah/g。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1為實施例1樣品的充放電圖；

圖2為實施例1樣品的循環(huán)圖。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是示例性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本發(fā)明中所述的濃酸質量分數大于50％的強酸溶液，所述強酸溶液，例如硫酸、硝酸等。

本發(fā)明中所述惰性氣體為不與石墨發(fā)生化學反應的氣體，例如氮氣、氬氣等。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在能夠應用于鉀離子電池負極材料較少的不足，為了解決如上的技術問題，本申請?zhí)岢隽艘环N膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用。

本申請的一種典型實施方式，提供了一種膨脹石墨在鉀離子電池負極材料中的應用，所述膨脹石墨的制備方法為，將石墨與濃酸混合攪拌后抽濾石墨，將抽濾后的石墨進行干燥，再在干燥后的石墨置于惰性氣體中以1～20℃/min的速率升溫至500～1000℃，保溫一段時間后即可獲得應用于鉀離子電池負極材料的膨脹石墨。

經過本發(fā)明的發(fā)明人實驗發(fā)明采用上述方法制備的膨脹石墨具有能夠嵌入鉀離子的間隙，同時能夠使鉀離子能夠嵌入至該膨脹石墨中，將該方法制備的膨脹石墨作為鉀離子電池負極材料，其容量可達400mah/g。

優(yōu)選的，所述濃酸為濃硫酸、濃硝酸或兩者的混合物。

進一步優(yōu)選的，所述濃硫酸的濃度為60～80％(質量)，濃硝酸的濃度為60～80％(質量)。

優(yōu)選的，攪拌時間為0.5～24h。

優(yōu)選的，攪拌的速度為30～600r/min。

優(yōu)選的，抽濾壓力為-0.1～0mpa(不包括0mpa)。

優(yōu)選的，抽濾后的石墨進行洗滌后再進行干燥。防止膨脹石墨表面附著酸性物質，影響電池性能。

進一步優(yōu)選的，洗滌采用的水為蒸餾水。防止水中的鹽附著在膨脹石墨表面，影響電池性能。

優(yōu)選的，所述干燥為真空干燥。

進一步優(yōu)選的，所述干燥的溫度為40～100℃。

進一步優(yōu)選的，所述干燥時間為1～24h。

本申請還提供了一種鉀離子電池，采用上述應用中的膨脹石墨作為鉀離子電池的負極材料。

為了使得本領域技術人員能夠更加清楚地了解本申請的技術方案，以下將結合具體的實施例與對比例詳細說明本申請的技術方案。

實施例1：

稱取1g石墨加入100ml燒杯50ml60％濃硫酸，磁力攪拌10h，控制轉速100r/min，將得到的渾濁液抽慮，抽慮壓力為-0.1mpa，將得到的黑色粉體倒入100ml燒杯，加入80ml蒸餾水洗滌磁力攪拌60min，將所得渾濁液抽慮得到黑色粉末，重復上述步驟用蒸餾水洗滌多次，將粉體在60℃真空環(huán)境保溫5h，將干燥后的粉體裝入陶瓷舟，以5℃/min升溫速率升溫，使用高純氬作為保護氣氛，在管式爐中800℃保溫10h，隨爐冷卻至室溫，得到膨脹石墨。

以本實施例制備的膨脹石墨作為負極材料制作成鉀離子半電池電池(電解液為kpf6/ec-dec)，其充放電圖如圖1所示，其循環(huán)圖如圖2所示，可以表征出以本實施例制備的膨脹石墨作為負極材料，其容量可達400mah/g。

實施例2：

稱取2g石墨加入200ml燒杯100ml60％濃硫酸，磁力攪拌15h，控制轉速120r/min，將得到的渾濁液抽慮，抽慮壓力為-0.1mpa，將得到的黑色粉體倒入200ml燒杯，加入150ml蒸餾水洗滌磁力攪拌120min，將所得渾濁液抽慮得到黑色粉末，重復上述步驟用蒸餾水洗滌多次，將粉體在70℃真空環(huán)境保溫10h，將干燥后的粉體裝入陶瓷舟，以5℃/min升溫速率升溫，使用高純氬作為保護氣氛，在管式爐中700℃保溫15h，隨爐冷卻至室溫，得到膨脹石墨。

將該實施例制備的膨脹石墨作為負極材料制作成鉀離子電池，其表征結果與實施例1的表征結果相似。

實施例3：

稱取1g石墨加入100ml燒杯50ml60％濃硝酸，磁力攪拌10h，控制轉速100r/min，將得到的渾濁液抽慮，抽慮壓力為-0.1mpa，將得到的黑色粉體倒入100ml燒杯，加入80ml蒸餾水洗滌磁力攪拌60min，將所得渾濁液抽慮得到黑色粉末，重復上述步驟用蒸餾水洗滌多次，將粉體在60℃真空環(huán)境保溫5h，將干燥后的粉體裝入陶瓷舟，以5℃/min升溫速率升溫，使用高純氬作為保護氣氛，在管式爐中800℃保溫10h，隨爐冷卻至室溫，得到膨脹石墨。

將該實施例制備的膨脹石墨作為負極材料制作成鉀離子電池，其表征結果與實施例1的表征結果相似。

實施例4：

稱取2g石墨加入200ml燒杯100ml60％濃硝酸，磁力攪拌15h，控制轉速120r/min，將得到的渾濁液抽慮，抽慮壓力為-0.1mpa，將得到的黑色粉體倒入200ml燒杯，加入150ml蒸餾水洗滌磁力攪拌120min，將所得渾濁液抽慮得到黑色粉末，重復上述步驟用蒸餾水洗滌多次，將粉體在70℃真空環(huán)境保溫10h，將干燥后的粉體裝入陶瓷舟，以5℃/min升溫速率升溫，使用高純氬作為保護氣氛，在管式爐中700℃保溫15h，隨爐冷卻至室溫，得到膨脹石墨。

將該實施例制備的膨脹石墨作為負極材料制作成鉀離子電池，其表征結果與實施例1的表征結果相似。

對比例1

本對比例的制備方法與實施例1的制備方法完全相同，不同之處在于，本對比例的膨脹石墨作為鋰離子電池的負極材料進行表征，結果表明其容量僅有351mah/g，不適宜作為鋰離子電池的負極材料。

對比例2

本對比例的制備方法與實施例1的制備方法完全相同，不同之處在于，本對比例的膨脹石墨作為鈉離子電池的負極材料進行表征，結果表明其容量僅有305mah/g，不適宜作為鈉離子電池的負極材料。

對比例3

本對比例的制備方法與實施例1的制備方法相同，不同之處在于，本對比例以25℃/min升溫速率升溫，使用高純氬作為保護氣氛，在管式爐中1200℃保溫15h，將制備的膨脹石墨作為負極材料制作成鉀離子電池，并進行表征，結果表明其容量僅有376mah/g，不適宜作為鉀離子電池的負極材料。

對比例4

本對比例的制備方法與實施例1的制備方法相同，不同之處在于，本對比例以2℃/min升溫速率升溫，使用高純氬作為保護氣氛，在管式爐中400℃保溫15h，將制備的膨脹石墨作為負極材料制作成鉀離子電池，并進行表征，結果表明其容量僅有347mah/g，不適宜作為鉀離子電池的負極材料。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。