CN113675394B - 一种钾离子电池正极材料、制备方法以及钾离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钾离子电池正极材料、制备方法以及钾离子电池，属于钾离子电池技术领域。通过固相烧结分别合成了P3型K0.67Mn0.8Cu0.2O2(简称为KMCO)和P3型K0.67Mn0.8Cu0.17Sb0.03O2(简称为KMCSO)。实验结果证明Cu掺杂能够抑制Mn3+的姜泰勒效应和减小材料结构畸变，从而消除P′3相。P3‑KMCSO材料在高截止电压下的氧化还原可逆性更好，这表明少量Sb的掺杂使材料的结构更加稳定，减小了循环过程中的容量衰减。

Description

一种钾离子电池正极材料、制备方法以及钾离子电池
技术领域
本发明涉及一种钾离子电池正极材料、制备方法以及钾离子电池，属于钾离子电池技术领域。
背景技术
随着矿物燃料的枯竭和使用矿物燃料引起的环境问题，人们对开发和应用可再生能源的需求越来越大，比如风能和太阳能。为了有效储存和利用这些时空分布不均的可再生能源，人们对环保且可持续的能量储存系统也有强烈的需求。二次电池由于无污染、高转化效率和长循环使用寿命而备受人们关注。在二次电池中，锂离子电池在1991年由索尼公司首次商业化，凭借着高能量密度主导着消费电子产品领域，如手机、便携式电脑等。然而，随着电动汽车和大规模储能的迅速发展，且地壳中的锂储量有限、分布不均，导致锂离子电池成本增加。锂资源不足和锂离子电池成本上升促使了钾离子电池的发展，因为钾在地壳中储量丰富、分布均匀。而且钾和铝不会形成合金，这意味着可以使用铝箔作为钾离子电池的集流体，从而大大降低了钾离子电池的成本。而且，钾与锂具有相似的化学性质，锂离子电池中商业化的石墨负极能够可逆地嵌入和脱出钾离子，并且可以提供超过200mAh g-1的可逆容量。因此，完善的锂离子电池体系可以顺利地应用到低成本的钾离子电池体系中。此外，钾的标准电化学电位(-2.93V vs.SHE)低于钠的(-2.73V vs.SHE)，和锂的电极电势接近(-3.04V vs.SHE)，甚至在一些碳酸酯溶剂中低于锂，这意味着钾离子电池有更高的工作电压。因此钾离子电池是锂离子电池合适的替代者。
较大的钾离子在电极材料中嵌入脱出时容易造成结构坍塌和性能衰减，因此，开发合适的正极材料对提升钾离子电池的性能至关重要。层状锰基氧化物由于低成本、高安全性、高理论容量和合成方法简单，而且其二维通道能够容纳半径较大的钾离子，被认为是极具前景的钾离子电池正极材料。P′2-K0.3MnO2的研究已经证实了KxMnO2具有储钾的特性，但这种材料中的钾含量较低，而其他层状氧化物如铬基和钴基材料中都能容纳0.6个钾以上。而且，KxMnO2在合成过程中由于Mn3+的姜泰勒效应导致材料结构发生畸变，生成P′3相。此外，与锂、钠离子电池相比，目前已报道的KxMnO2材料的电压窗口普遍不高，这是因为高截止电压会造成材料不可逆的结构变化。
为了解决这些问题，研究者发现通过元素掺杂不仅可以抑制Mn3+的姜泰勒效应，例如Co和Ti等元素，还可以提高电池的工作电压，例如Ni和Te等元素。Masese等合成了层状蜂窝状结构的P2-K2NiCoTeO6，其平均工作电压为4.3V，是目前报道的钾离子电池层状正极材料的最高电压。这是因为Ni2+/Ni4+的氧化还原电位高，而且[TeO6]6-有较高的电负性，由于诱导效应可以表现出更高的电压。一个主要的氧化峰出现在4.3V处，这表明K2NiCoTeO6是一种可行的高电压正极材料，并且在随后的放电过程中，出现相应的还原峰，展示了其电化学过程的可逆性。然而，K2NiCoTeO6的可逆容量较低，仅为30mAh g-1。
发明内容
通过固相烧结分别合成了P3型K0.67Mn0.8Cu0.2O2(简称为KMCO)和P3型K0.67Mn0.8Cu0.17Sb0.03O2(简称为KMCSO)。实验结果证明Cu掺杂能够抑制Mn3+的姜泰勒效应和减小材料结构畸变，从而消除P′3相。P3-KMCSO材料在高截止电压下的氧化还原可逆性更好，这表明少量Sb的掺杂使材料的结构更加稳定，减小了循环过程中的容量衰减。最后比较了KMO和KMCSO的倍率能力和循环性能，结果表明KMCSO的电化学性能均优于KMO。
一种钾离子电池正极材料，其分子式为：KxMnyCu1-yO2(KMCO)。
在一个实施方式中，0.5<x<0.8。
在一个实施方式中，0.7<y<0.8。
上述的钾离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
取K2CO3、Mn2O3和CuO原料，通过固相法，经烧结后制备得到。
在一个实施方式中，烧结过程中，是在700-900℃下烧结10-20h。
在一个实施方式中，Mn2O3和CuO的重量按照化学计量比，K2CO3的重量比化学计量比多1-10％。
KxMnyCu1-yO2(KMCO)在钾离子电池中的用途。
在一个实施方式中，KxMnyCu1-yO2(KMCO)提高高截止电压下的氧化还原可逆性。
一种钾离子电池正极材料，其分子式为：KxMnyCu1-y-zSbzO2(KMCSO)。
0.5<x<0.8。
0.7<y<0.8。
0.01<z<0.05。
上述的钾离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
取K2CO3、Mn2O3、CuO和Sb2O3原料，通过固相法，经烧结后制备得到。
在一个实施方式中，烧结过程中，是在700-900℃下烧结10-20h。
在一个实施方式中，Mn2O3、CuO和Sb2O3的重量按照化学计量比，K2CO3的重量比化学计量比多1-10％。
KxMnyCu1-y-zSbzO2(KMCSO)在钾离子电池中的用途。
一种钾离子电池，电池中的正极材料采用KxMnyCu1-y-zSbzO2(KMCSO)或者KxMnyCu1- yO2(KMCO)。
在一个实施方式中，钾离子电池还包括电解液和负极材料。
在一个实施方式中，解液采用的溶剂选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)或者碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或几种的混合；电解液中采用的金属盐选自KBF4、KClO4、KPF6、KFSI或者KTFSI中的一种或几种的混合。
在一个实施方式中，所述的负极材料选自石墨碳、非石墨碳、金属及金属氧化物或者金属及金属硫化物中的一种或几种的混合。
在一个实施方式中，Sb在用于提高KxMnyCu1-yO2(KMCO)正极材料氧化还原可逆性的用途。
KxMnyCu1-y-zSbzO2(KMCSO)提高高截止电压下的氧化还原可逆性以及减小循环过程中的容量衰减。
Cu用于抑制KxMnyCu1-yO2(KMCO)Mn3+的姜泰勒效应和减小结构畸变中的用途。
有益效果
通过固相烧结法合成了P′3相K0.67MnO2(简称为KMO)、P3相K0.67Mn0.8Cu0.2O2(简称为KMCO)和P3相K0.67Mn0.8Cu0.17Sb0.03O2(简称为KMCSO)。
通过适量Cu的掺杂可以抑制Mn3+的姜泰勒效应，减小材料在合成过程中产生的结构畸变，从而消除P′3相。而少量Sb的掺杂可以使P3相结构更加稳定，从而使KMCSO在高截止电压下的氧化还原可逆性更好。
KMCSO的首圈充电容量和放电容量分别为75mAh g-1和110mAh g-1，并且具有优异的倍率能力和循环稳定性，在500mAg-1的电流密度下循环200圈后，容量保持率为61％。
附图说明
图1：(a)KMO粉末的XRD及Rietveld精修谱图和(b)KMO材料的SEM图
图2：KMO在1.5-4.1V电压窗口下(a)CV曲线和(b)0.2C倍率的容量电压曲线
图3：KMO在1.5-3.8V电压窗口下(a)CV曲线和(b)0.2C倍率的容量电压曲线
图4：KMO在1.5-3.8V电压窗口0.5C倍率下的循环稳定性和库伦效率
图5：(a)KMCO粉末的XRD及Rietveld精修谱图和(b)KMCO材料的SEM图
图6：KMCO在1.5-4.1V电压窗口下(a)CV曲线和(b)0.2C倍率的容量电压曲线
图7：(a)KMCSO粉末的XRD及Rietveld精修谱图和(b)KMCSO材料的SEM图
图8：KMCSO在(a)1.5-4.1V和(b)1.5-3.8V电压窗口下的CV曲线；KMCSO在(c)1.5-4.1V和(d)1.5-3.8V电压窗口0.2C倍率下的容量电压曲线
图9：KMCSO在(a)1.5-4.1V和(b)1.5-3.8V电压窗口0.2C倍率下的循环稳定性和库伦效率
图10：KMO、KMCO和KMCSO的循环性能比较
图11：(a)KMO和KMCSO的倍率性能比较；(b)KMCO的倍率性能。
图12：KMCSO在1.5-3.8V电压窗口5C倍率下的循环性能和库伦效率
具体实施方式
以下的实施例和对照例用于说明K0.67MnO2、K0.67Mn0.8Cu0.2O2和K0.67Mn0.8Cu0.17Sb0.03O2材料的制备，通过固相烧结法合成P′3相K0.67MnO2(简称为KMO)、P3相K0.67Mn0.8Cu0.2O2(简称为KMCO)和P3相K0.67Mn0.8Cu0.17Sb0.03O2(简称为KMCSO)。
对照例KMO的制备
将K2CO3(5％过量)和Mn2O3原料按照化学计量比称量放入玛瑙球磨罐中，注入3ml的酒精。球磨机的转速为300r min-1，运行20min停止5min，共重复15次，使原料均匀混合。球磨后的前驱体放在鼓风干燥箱中烘干，之后称取0.5g左右的粉末用压片机压片，使得材料均匀致密。将薄片放入氧化铝坩埚中，在800℃的马弗炉于空气氛围中烧结15h。随后自然冷却至200℃时将坩埚及圆片转移至手套箱内(防止样品接触空气中的水分)，将圆片磨成粉末备用。
实施例1KMCO的制备
以和对照例同样的方式，按照化学计量比称量K2CO3(5％过量)、Mn2O3和CuO原料。球磨后称取0.5g左右的样品放入压片机中压成直径19mm的圆片，将薄片放入氧化铝坩埚中，在800℃的马弗炉于空气氛围中烧结15h。随后自然冷却至200℃时将坩埚及圆片转移至手套箱内(防止样品接触空气中的水分)，将圆片磨成粉末备用。
实施例2KMCSO的制备
以和对照例同样的方式，按照化学计量比称量K2CO3(5％过量)、Mn2O3、CuO和Sb2O3原料。加入少量酒精球磨，球磨结束后称取0.5g左右的样品放入压片机中压成直径19mm的圆片，将薄片放入氧化铝坩埚中，在800℃的马弗炉于空气氛围中烧结15h。随后自然冷却至200℃时将坩埚及圆片转移至手套箱内(防止样品接触空气中的水分)，将圆片磨成粉末备用。
电化学性能测试
KMO、KMCO和KMCSO的电化学性能通过组装半电池，在蓝电系统上测试得到。KMO正极是在氩气手套箱里制备得到的。将70wt％的活性物质和20wt％的乙炔黑放入研钵中手磨20min，再加入10wt％的粘结剂PVDF和适量的N-甲基吡咯烷酮手磨10min，形成均匀浆料，用刮刀将浆料均匀涂覆在载流体铝箔上，将铝箔放在100℃的加热台上加热12h。加热结束后，用刻片机刻出10mm直径大小的小圆片，称量记录重量，KMO正极制作完成。以同样的方式制作KMCO和KMCSO正极，将70wt％的活性物质和20wt％的乙炔黑放入研钵中手磨20min，再加入10wt％的PVDF和适量的NMP手磨10min，待形成均匀浆料后，用刮刀将浆料均匀涂覆在铝箔上，将铝箔放在100℃的加热台上加热12h，之后刻片、称量并记录重量。
电池的组装也是在氩气手套箱中进行，按照负极壳、弹片、垫片(粘贴金属钾)、隔膜、电解液、正极材料和正极壳的顺序组装成CR2032扣式电池。由于组装的扣式电池为半电池，因此负极为金属钾，电解液为1M的KPF6溶解在EC和DEC溶剂中，电解液的量均为50μL，隔膜为玻璃纤维膜。扣式电池在室温下置于Land BT2000系统上进行测试，测试前通常需要静置6h，目的是使电解液与电极材料充分浸润，并且在正极材料表面形成一层稳定的SEI膜。规定1C＝100mAg-1。电极的活性物质载量约为1mg/cm2。
材料的表征
P′3相K0.67MnO2材料的结构和形貌
KMO粉末在进行XRD测试之前，需要在氩气手套箱中用Kapton膜对粉末样品进行密封，以免测试过程中水分子进入到层状材料的结构中。如图1所示，15°-30°之间的背景是由Kapton膜引起的。通过GSAS+EXPGUI软件对XRD数据进行精修，结果表明KMO为两相材料，其中主相为P3相六方晶系结构(空间群R3m)，同时存在约22％的P′3相单斜晶系KxMnO2(空间群C2/m)。一些晶系参数如下：P3相六方晶系参数
Figure BDA0003153495890000061
Figure BDA0003153495890000062
而P′3相单斜晶系参数
Figure BDA0003153495890000063
β＝117.111°，
Figure BDA0003153495890000064
CHI＝1.908。
在P3相结构中，氧离子按照ABBCCA的排列顺序堆叠，过渡金属离子占据着八面体位置，和氧离子形成MnO6八面体，而K离子位于MnO6八面体之间的三棱柱位置。由于强的Mn3+的姜泰勒效应导致P3相六方晶体结构发生畸变，从而生成P′3相单斜晶系结构。这一方面降低了材料结构的稳定性，并且高截止电压也会造成材料不可逆的结构变化，从而导致材料在循环过程中容量衰减严重。值得注意的是，P′3相的晶胞体积远小于P3相的晶胞体积，这可能会影响钾离子的扩散。计算得到K+在KMO电极材料中的扩散系数为10-15-10-11cm2 s-1，这也证明了KMO的动力学过程缓慢。
为了研究KMO的形貌特征，我们对其进行了扫描电子显微镜(SEM)测试，如图2的(b)所示，从图中可以看出KMO材料为层状结构，有部分一次颗粒聚集，颗粒呈现出不规则形状，颗粒大小为2-3μm。
P′3相K0.67MnO2正极材料的储钾性能研究
在不同电压窗口下对KMO正极进行电化学性能测试。如图2的(a)中的CV曲线所示，当电压窗口为1.5-4.1V时，可以观察到在3.7V和4.1V处分别存在两个强氧化峰，而对应的还原峰强度则比较弱甚至消失。图2的(b)是KMO在0.2C倍率下的前四圈充放电曲线。同样的结果在容量电压曲线中也被观察到，充电过程中，在3.7V和4.1V处出现两个明显的电压平台，而随后的放电过程中，电压平台则变得不明显，首圈充电容量和放电容量分别为119.3mAhg-1和141mAhg-1。可以观察到，在随后的充放电过程中，容量发生严重的衰减。需要注意的是，放电容量比首圈充电容量高，这是因为在首圈充电过程中KMO是缺钾相。
反之，当电压窗口为1.5-3.8V时，氧化还原峰则匹配较好，如图3的(a)所示，可以观察到在2.92V、3.12V和3.82V处分别出现三个氧化峰，在2.63V、2.82V和3.58V处分别有三个还原峰与之对应。图3的(b)是KMO在0.2C倍率下的前四圈充放电曲线。同样的结果在容量电压曲线中也被观察到，KMO在3.6V处保持一个明显的电压平台，首圈充电容量和放电容量分别为64.4mAh g-1和106.4mAh g-1。可以观察到，在随后的充放电过程中，容量衰减得到明显的改善。这些结果表明，高的截止电压可能会造成KMO材料不可逆的结构变化，从而造成严重的容量衰减。因此，优化电压范围对研究钾离子电池正极材料来说也很重要。
接下来在低倍率下对KMO的循环稳定性进行测试，如图4所示，KMO在0.5C的倍率下循环50圈后，容量仅有42.9mAh g-1，相较于首圈，容量保持率仅为45％。总之，这些电化学性能说明了KMO材料在高截止电压下，有着不可逆的氧化还原反应，从而造成严重的容量衰减，并且其电化学过程中的循环稳定性也不好。
铜掺杂层状锰基正极材料K0.67Mn0.8Cu0.2O2的储钾性能研究
为了得到KMCO的晶体结构，对其进行了XRD测试。如图5的(a)所示，XRD谱图及精修结果证明KMCO为P3相六方晶系结构(空间群R3m)，不存在P′3相单斜晶系KxMnO2。KMCO的晶格常数为
Figure BDA0003153495890000071
CHI＝2.754。在KMCO的结构中，氧离子按照ABBCCA的排列顺序堆叠，过渡金属离子占据着八面体位置，而K离子位于MO6八面体之间的三棱柱位置。XRD精修结果证明Cu掺杂能够抑制Mn3+的姜泰勒效应和减小结构畸变。
接下来通过SEM表征得到KMCO的形貌特征，如图5的(b)所示，KMCO为层状结构，颗粒呈现出不规则形状，颗粒大小为3-5μm。
为了探究KMCO正极在宽电压窗口下的氧化还原可逆性，对其进行了循环伏安(CV)和恒电流充放电测试。如图6的(a)所示，当电压窗口为1.5-4.1V时，可以观察到在2V、2.3V和2.55V处分别出现三个氧化峰，而随后的还原过程中，还原峰的重合度不高。尽管如此，与KMO的CV曲线相比，KMCO在高截止电压下的氧化还原可逆性得到较大的改善。同样的结果在KMCO的充放电曲线中也被观察到，图6的(b)是KMCO在0.2C倍率下的前四圈充放电曲线。在第二圈充电过程中，在1.95V、2.3V和2.55V处分别出现三个短电压平台，而随后的放电过程中，也在对应的位置处出现三个电压平台，这个结果与KMCO在1.5-4.1V电压窗口下的CV曲线相吻合。其首圈充电容量和放电容量分别为58mAh g-1和108mAh g-1。需要注意的是，放电容量比首圈充电容量高，这是因为在首圈充电过程中KMCO是缺钾相。但是在之后的充放电过程中，KMCO的容量衰减比较严重，这与KMCO的CV曲线重合度不高有关。
铜和锑掺杂层状锰基正极材料K0.67Mn0.8Cu0.17Sb0.03O2的储钾性能
为了研究KMCSO的晶体结构，对其进行了XRD测试。如图7的(a)所示，XRD谱图及精修结果证明KMCSO为P3相六方晶系结构(空间群R3m)。KMCSO的晶格常数为
Figure BDA0003153495890000081
CHI＝2.062，在KMCSO的结构中，氧离子按照ABBCCA的排列顺序堆叠，过渡金属离子占据着八面体位置，而K离子位于MO6八面体之间的三棱柱位置。XRD谱图及精修结果表明Cu掺杂能够抑制Mn3+的姜泰勒效应，从而抑制P′3相的生成，并且少量Sb的掺杂未改变材料的P3相结构。
为了得到KMCSO的形貌特征，对其进行了SEM表征，如图7的(b)所示，KMCSO为层状结构，部分一次颗粒发生聚集，颗粒呈现出不规则的形状，颗粒大小为3-5μm。
为了探究Cu和Sb元素对锰基材料储钾的影响，对Cu和Sb掺杂的KMCSO正极材料进行电化学性能测试。之前的结果表明KMO和KMCO的截止电压越高，其氧化还原反应越不可逆，从而导致在电化学过程中发生严重的容量衰减。
本发明发现在不改变KMCO材料P3相结构的同时，通过引入少量的Sb元素来增强材料结构的稳定性。图8的(a)和(b)是KMCSO材料在不同电压窗口下的CV曲线，扫描速率为0.1mV s-1。如图8的(a)所示，当电压窗口为1.5-4.1V时，氧化还原峰匹配的较好。可以观察到在2V、2.3V和2.55V处分别出现三个氧化峰，而在1.95V、2.25V和2.5V处分别有三个还原峰与之对应。与KMO和KMCO的CV曲线相比，KMCSO在高截止电压下，曲线重合度较高，氧化还原可逆性较好。如图8的(b)所示，当电压窗口为1.5-3.8V时，KMCSO的CV曲线中出现三对氧化还原峰，分别为2/1.9V、2.3/2.2V和2.55/2.5V。这些结果表明少量Sb元素的掺杂可以提高锰基材料在高截止电压下的氧化还原可逆性，从而减小材料在循环过程中的容量衰减。
同样的结果在KMCSO的容量电压曲线中也被观察到，图8的(c)是KMCSO在0.2C倍率下的前四圈充放电曲线。在第二圈充电过程中，在2V、2.3V和2.55V处分别出现三个短电压平台，而在随后的放电过程中，也在相近的位置处分别出现三个电压平台，这个结果与KMCSO在1.5-4.1V电压窗口下的CV曲线相吻合。其首圈充电容量和放电容量分别为75mAhg-1和110mAh g-1。需要注意的是，放电容量比首圈充电容量高，这是因为在首圈充电过程中KMCSO是缺钾相。
当电压窗口为1.5-3.8V时，如图8的(d)所示，在第二圈充电过程中，KMCSO在2V、2.3V和2.55V处分别出现三个短电压平台，而随后的放电过程中，也在相近的位置处分别出现三个电压平台，这个结果与KMCSO在1.5-3.8V电压窗口下的CV曲线相吻合。其首圈充电容量和放电容量分别为44.6mAh g-1和99.9mAh g-1。KMCSO的CV曲线和容量电压曲线共同证明了在高的截止电压下，Sb元素可以提高材料的氧化还原可逆性，从而减轻材料在充放电过程中的容量衰减问题。
为了进一步探究KMCSO的循环稳定性，我们对其进行不同电压窗口下的循环测试。图9的(a)和(b)分别是KMCSO材料在电压窗口为1.5-4.1V和1.5-3.8V的循环稳定性和库伦效率。当电压窗口为1.5-4.1V时，KMCSO在0.2C倍率下循环20圈后仍有74mAh g-1的容量，其容量保持率为67％，库伦效率接近95％。当电压窗口为1.5-3.8V时，KMCSO在0.2C倍率下循环20圈后仍有64mAh g-1的容量，其容量保持率为64％，库伦效率接近99％。相比于KMO和KMCO，KMCSO拥有更优异的循环稳定性，尤其是在高的截止电压下。在同样测试条件下的循环性能测试对比如图10所示，从图中可以看出经过20个循环后，KMO和KMCO的保持率分别为38％和28％。
之后比较了KMO和KMCSO的倍率性能，电压窗口为1.5-3.8V，如图11的(a)所示，KMCSO材料在0.2C、0.5C、1C、2C和5C倍率下的放电容量分别为100、81、77、72和53mAhg-1，当倍率重新回到0.2C时，KMCSO仍可恢复79mAhg-1的放电容量，表明KMCSO具有稳定的层状结构，能够承受住K离子快速脱出和嵌入过程中引起的结构变化。而KMO在5C倍率下几乎没有容量贡献。而在图11的(b)中，对于KMCO在0.2C、0.5C、1C、2C、5C、0.2C的倍率下的放电容量分别为97、63、57、52、43、69mAh/g，可以看出KMCSO比KMCO表现出更好的倍率性能。
以上的这些结果说明了Cu掺杂能够抑制Mn3+的姜泰勒效应，减小材料在合成过程中产生的结构畸变，从而消除P′3相。这一方面可以提高P3相层状结构的稳定性，改善材料在电化学过程中的循环稳定性，另一方面可以使材料产生更多的K离子迁移路径，这也是KMCSO的倍率性能优于KMO的原因。而少量Sb掺杂可以使P3相层状结构更加稳定，从而使KMCSO在高截止电压下的氧化还原可逆性更好。
最后在对KMCSO正极材料进行长循环测试之前，我们先让KMCSO电池在低倍率0.2C下恒电流充放电3圈，以形成均匀的固体电解质界面层(SEI)，然后在高倍率5C下进行恒电流充放电。如图12所示，KMCSO电极材料具有良好的循环稳定性，在循环200圈后，容量保持率达到61％，库伦效率接近99％，这表明KMCSO正极材料具有稳定的P3相层状结构。

Claims (3)

1.一种正极材料在提高钾离子电池循环稳定性中的应用，其特征在于，所述的正极材料分子式为：KxMnyCu1-y-zSbzO2，0.5<x<0.8，0.7<y<0.8，0.01<z<0.05；
所述的正极材料的制备方法包括如下步骤：按照化学计量比取K2CO3、Mn2O3、CuO和Sb2O3原料，通过固相法，经烧结后制备得到，K2CO3的重量比化学计量比多1-10%；
烧结制度是：700-900℃下烧结10-20h。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，钾离子电池还包括电解液和负极材料。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，钾离子电池的电解液采用的溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯或者碳酸甲乙酯中的一种或几种的混合；电解液中采用的金属盐选自KBF4、KClO4、KPF6、KFSI或者KTFSI中的一种或几种的混合。
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