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本发明公开了一种钾离子电池无定型VPO4@C负极材料及其制备方法和应用,将磷源和柠檬酸溶解在水中得到溶液A;将钒源和碳源溶解在水中,得到溶液B;溶液A和溶液B进行混合采用溶胶凝胶工艺制备磷酸钒前驱体,磷酸钒前驱体经烘干、研磨,在惰性气氛热处理后最终得到无定型VPO4@C负极材料;无定型VPO4@C负极材料,由于其固有的无定型碳包覆特性,这使得其具有高钾离子扩散系数,低扩散活化能和长循环寿命;通过原位碳包覆,提高材料的电子电导率;

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种钾离子电池无定型VPO4@C负极材料及其制备方法和应用，该材料通过原位碳包覆和非晶化的方法改善VPO4的钾离子扩散动力学和本征电子电导率差的问题，有效提高材料的储钾性能。本发明制备得到的VPO4@C负极材料，经X射线衍射测试发现确为非晶结构，且X射线光电子能谱也表明VPO4成功合成，同时电化学性能测试结果表明非晶化处理和碳包覆能有效改善材料电化学性能，循环稳定性显著增强。

锂离子电池(LIBs)是一种非常重要的储能技术，广泛应用于便携电子设备和新能源汽车。随着电动汽车、智能电网时代的到来，锂离子电池大规模发展受到锂资源短缺的瓶颈制约。与锂相比，钾储量丰富、分布广泛、成本低廉，并且与锂具有相似的理化性质，因而钾离子电池的研究再一次受到科研界和工业界的广泛关注。特别是在大规模储能领域，钾离子电池被认为可以作为锂离子电池的廉价替代品。

电极材料决定了电池的能量密度和使用寿命，因此开发新型高性能电极材料是电池研究的关键。目前，钾离子电池的负极候选材料有金属硫化物、金属硒化物、金属磷化物、金属氧化物、碳材料、商用石墨等。特别的是，用于锂离子电池负极的低成本商业石墨可直接用于钾离子电池进行储钾，但石墨的理论钾储存容量仅为2792Ah2g，并且存在倍率性能和循环性能差等缺点，迫切需要研发新型低成本、高性能的负极材料。

VPO4，作为合成的钾离子电池高压正极氟磷酸钒钾的中间产物，在锂2钠离子电池中已被用作优良的负极材料，最近也被应用在钾离子电池。但由于钾离子的半径大于锂离子和钠离子中，在多次充放电过程中会破坏电极材料的结构，影响循环稳定性，且VPO4电导率较低，在高电流密度下倍率性能差，这使得设计用于钾离子电池的高性能VPO4负极成为一个挑战。

本发明在钾离子电池负极材料领域有着广泛的应用前景。

发明人：丁书江 赵敬 李龙 吴虎

西安交通大学（Xi’an Jiaotong University），简称“西安交大”，位于陕西省西安市，是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学，由教育部与国家国防科技工业局共建，位列国家“双一流”， 首批进入国家“211工程”和“985工程”，是国家“七五”“八五”重点建设高校，入选“珠峰计划”“强基计划”“2011计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、卓越法律人才教育培养计划，是环太平洋大学联盟、九校联盟（C9） 、中国大学校长联谊会、全球能源互联网大学联盟、中俄综合性大学联盟 、中俄交通大学联盟、CDIO工程教育联盟、丝绸之路大学联盟成员高校，是中国人工智能教育联席会理事长单位、学位授权自主审核单位，是中国三所开设少年班高校之一。

本发明采用原位碳包覆和非晶化的手段，通过溶胶凝胶-热处理的方法，制备出无定型VPO4@C负极材料。其中，溶胶凝胶法可以将原材料被分散到溶剂中形成低粘度的溶液，可以在很短的时间内获得分子2离子水平的均匀性，形成凝胶时的反应物之间是在分子水平上被均匀地混合，在一定程度上抑制了材料结晶，有助于形成非晶化的VPO4。1)无定型VPO4@C负极材料,由于其固有的无定型碳包覆特性，这使得其具有高钾离子扩散系数，低扩散活化能和长循环寿命；2)通过原位碳包覆，提高材料的电子电导率；3)无定型VPO4@C负极材料的制备方法工艺简单、生产成本低，易规模化生产，对钾离子电池的商业化有重要意义。

为促进科学技术产业化的发展，希望能够充分利用对方广泛的市场资源优势和科研平台能力，实现技术研发与市场营运的直接联盟。为使新技术尽快转化为生产力，希望实行技术合作开发联营生产和产值提成的方式紧密合作。希望合作方能够负责组建生产公司及工商、税务经营手续和必要的启动资金；在双方合作期间，我方对该产品不断创新和改进。

企业实施科技成果转移转化，采取以下方式并达到相应的目的：

一是开发新的产品或服务，以培育新的市场竞争力；

二是开发新的工艺，以提质、降本、降耗、增能、增效；

三是完善管理，优化流程，以强化对企业生产经营的控制力；

四是进入新的市场，以扩大市场规模；

五是培育新的能力，以取得新的优势；

六是完善经营管理的体制机制，以提高效益。

希望与企业、科学技术研究开发机构、高等学校和其他组织建立优势互补、分工明确、成果共享、风险共担的合作机制，按照市场机制联合组建研究开发平台、技术创新联盟、创新联合体等，协同推进研究开发与科技成果转化。