负极活性材料及包含该负极活性材料的负极、二次电池和电子设备制造技术

本申请提供一种负极活性材料及包含该负极活性材料的负极、二次电池和电子设备。本申请的负极活性材料包括复合颗粒，所述复合颗粒包括含铌复合金属氧化物和MXene材料。本申请的负极活性材料用于锂离子电池，具有优良的倍率性能、循环性能，且具有较高的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及包含该负极活性材料的负极、二次电池和电子设备
本申请涉及电化学领域，具体涉及一种负极活性材料及包含该负极活性材料的负极、二次电池和电子设备。
技术介绍
锂离子电池已伴随着科技的进步及环保要求的提高进入了我们日常的生活。随着锂离子电池的大量普及，其安全性能越来越受到使用者的重视，70％的安全问题都是由于电池析锂导致的。目前的锂离子电池负极大多使用石墨作负极，但石墨的电压平台接近锂的析出电位，从而形成锂枝晶，刺穿隔膜，导致正负极直接接触，带来安全隐患。锂离子在石墨负极材料中的扩散动力学条件变差是限制锂离子电池低温性能的主要原因，因此在充电的过程中负极的电化学极化明显加剧，很容易导致负极表面析出金属锂，从而导致石墨体系的电池在低温条件下的充电倍率低，且易发生析锂，影响其在低温条件下的使用。提高倍率性能的常用的方法是构建纳米尺寸或多孔结构的材料，以最小化锂离子的固态扩散，使锂能够更快地通过复合电极传输，增加电极材料与电解质接触的比表面积，碳包覆也经常用于提高电子电导率，这也是提高电极材料大倍率性能的另一种方法。但颗粒纳米化，通常会导致材料比表面积较高，在制备浆料时需要添加更多的粘结剂，导致活性材料的占比下降，且压实密度也在在一定程度下降。碳包覆，需要的碳含量通常大于4％，同样会导致活性物质的占比下降。同时，负极材料的电位决定了电池在低温条件下是否会发生析锂，当在使用过程中负极材料的平均电位大于1.3V时，才能保证在现有的LiPF6电池体系低温充电过程中不会发生析锂，且不会在负极材料表面形成SEI。钛酸锂(LTO)作为一类常用负极材料，具有如下优势：1)LTO拥有较其它负极材料较高的电极电势1.5V；2)Li+在LTO中具有很快的反应动力学特性与嵌入反应机理，具有高倍率性能；3)材料结构稳定，体积变化不明显(0.31％)，但其较低的理论比容量(175mAh/g)限制了全电池的能量密度。
技术实现思路
因此，本专利技术旨在提供一种在电池中具备优良的倍率性能、循环性能，在循环过程中具有较低的体积膨胀率，且在全电池中实现较高能量密度的负极活性材料。在第一方面，本申请提供一种负极活性材料，包括复合颗粒，所述复合颗粒包括含铌复合金属氧化物和MXene材料。MXene材料是具有二维层状结构的金属碳/氮化物。根据本申请的一些实施方式，所述复合颗粒包括含铌复合金属氧化物和MXene材料组成。根据本申请的一些实施方式，所述含铌复合金属氧化物的表面包括所述MXene材料。通过使用MXene包覆TxNbyMzOa材料，提升TxNbyMzOa的电子导电性，从而在提升能量密度的同时，实现倍率性能和循环性能的显著提升。根据本申请的一些实施方式，所述含铌复合金属氧化物选自TxNbyMzOa表示的化合物中的至少一种，其中T选自K、Li、Fe、V、W、P、Ti中的一种或多种元素，M选自Al、Ti、W、Zr、Nb、In、Ru、Sb、Sr、Y、Ni、Co、Mn、Fe、Gr、Mo、Tc、Sn、Ga、Si、V、Mg中的一种或多种元素，且z/(x+y+z)≤0.2，a为满足含铌复合金属氧化物0价态的数值。根据本申请的一些实施方式，所述含铌复合金属氧化物属于剪切面的ReO3构型。根据本申请的一些实施方式，所述MXene的结构通式为Mn+1Xn，其中M选自Ti、Nb、V、Mo、Zr、Cr、W或Ta中的至少一种，X为C或N中的至少一种；n为1、2或3。根据本申请的一些实施方式，所述MXene材料的片层层数为1至5片，片层厚度小于或等于8nm。根据本申请的一些实施方式，所述MXene材料的直径为0.5μm至20μm。根据本申请的一些实施方式，所述MXene材料的片层间距≥0.5nm。根据本申请的一些实施方式，所述MXene材料与所述含铌复合金属氧化物之间的切面距离≤3nm。根据本申请的一些实施方式，基于所述负极活性材料的质量，所述MXene材料的质量含量为0.5％至3％。根据本申请的一些实施方式，所述复合颗粒包括或者由颗粒A和颗粒B组成，所述颗粒A的圆形度为RA，截面积为SA；所述颗粒B的圆形度为RB，截面积为SB，其中RB＜0.5≤RA，SB＜20μm2≤SA。根据本申请的一些实施方式，所述负极活性材料的压实密度≥2.8g/cc。根据本申请的一些实施方式，所述负极活性材料的BET≤1.2m2/g。根据本申请的一些实施方式，所述负极活性材料的Dv50满足3μm≤Dv50≤25μm。根据本申请的一些实施方式，所述负极活性材料的Dv50与Dn10之间满足5≤Dv50/Dn10≤20。在第二方面，本申请提供一种负极，包括负极活性材料层和集流体，所述负极活性材料层包括本申请第一方面所述的负极活性材料。根据本申请的一些实施方式，以所述负极活性材料层垂直于所述负极集流体方向的截面的总面积计，所述颗粒A的总面积占比与所述颗粒B的总面积占比的比值为1:9至8:2。在第三方面，本申请提供一种二次电池，包括正极、负极和电解液，其中所述负极包括第二方面所述的负极。在第四方面，本申请提供一种电子设备，包括第三方面所述的二次电池。附图说明图1为根据本申请实施方式的MXene片层尺寸测量示意图。图2为根据本申请实施例21、实施例29和对比例1制备的锂电池的25℃1.1V～3.0V1.5C/4C循环容量保持率。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在此所描述的有关实施例为说明性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。基于本申请提供的技术方案及所给出的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。在本文的描述中，除非另有说明，“以上”、“以下”包含本数。除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量(例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试)。术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性材料，包括复合颗粒，所述复合颗粒包括含铌复合金属氧化物和MXene材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极活性材料，包括复合颗粒，所述复合颗粒包括含铌复合金属氧化物和MXene材料。


2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述含铌复合金属氧化物的表面包括所述MXene材料。


3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述含铌复合金属氧化物包括TxNbyMzOa表示的化合物中的至少一种，其中T选自K、Li、Fe、V、W、P、Ti中的一种或多种元素，M选自Al、Ti、W、Zr、Nb、In、Ru、Sb、Sr、Y、Ni、Co、Mn、Fe、Gr、Mo、Tc、Sn、Ga、Si、V、Mg中的一种或多种元素，且z/(x+y+z)≤0.2，a为满足含铌复合金属氧化物0价态的数值，所述含铌复合金属氧化物属于剪切面的ReO3构型。


4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述MXene材料的结构通式为Mn+1Xn，其中M选自Ti、Nb、V、Mo、Zr、Cr、W或Ta中的至少一种；X为C或N中的至少一种；n为1、2或3；且所述MXene材料具有如下特征(a)-(d)中的至少一种：
a)所述MXene材料的片层层数为1至5片，片层厚度小于或等于8nm；
b)所述MXene材料的直径为0.5μm至20μm；
c)所述MXene材料的片层间距≥0.5nm；
d)所述MXene材料与所述含铌复合金属氧化物之间的切面距离≤3nm。

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【专利技术属性】
技术研发人员：岳影影，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35