钾离子电池负极材料研究进展

钾具有资源丰富、来源广泛,价格低廉的特点;在电化学体系中,钾具有较低的电极电势与较快的离子电导率,因此钾离子电池被认为是未来替代锂离子电池的理想储能体系。然而,由于钾离子的尺寸(1.38Å,1Å=10^-10 m)远大于锂离子(0.76Å),适用于锂离子电池的电极材料在嵌钾后会发生巨大的体积膨胀和结构破坏,难以满足实际应用的需要。近年来,为寻找适宜嵌钾的材料与抑制膨胀的方法,越来越多的电极材料体系被开发出来。本文综述了钾离子电池负极材料的研究进展,重点介绍了碳基材料(石墨、硬碳、软碳等),钛基材料,合金类材料,转化类材料以及有机化合物等体系的嵌钾机理与结构-性能关系,探讨了各体系材料存在的优势与缺陷;特别分析了存在于碳基材料的两种储钾机制(插层机制与赝电容机制)及各自对电化学性能的影响,指出了发生在电极表面的赝电容机制更适于钾离子的储存,并整理介绍了提高赝电容行为贡献量的方法。此外,展望了钾离子电池体系未来发展的方向和应用前景。