硬碳材料、负极极片以及电化学装置制造方法及图纸

本申请公开了一种硬碳材料、负极极片以及电化学装置。硬碳材料用于电化学装置的负极极片，硬碳材料具有孔结构，孔结构在X射线小角散射光谱中的散射矢量为N1nm

【技术实现步骤摘要】
硬碳材料、负极极片以及电化学装置
[0001]本申请是申请日2023年03月23日、申请号为202310291167.7、专利技术名称为“硬碳材料、负极极片以及电化学装置”的专利申请的分案申请。


[0002]本申请涉及电化学装置
，尤其涉及一种硬碳材料、负极极片以及电化学装置。

技术介绍

[0003]以锂离子电化学装置为代表的电化学装置具有能量密度高、循环寿命长，以及污染小、无记忆效应等突出特点。作为清洁能源，电化学装置的应用已由电子产品逐渐普及到电动汽车等大型装置领域，以适应环境和能源的可持续发展战略。由此，也对电化学装置的能量密度提出了更高的要求。
[0004]目前，商业化的电化学装置的负极活性材料仍以石墨为主。石墨具有高电导率和高稳定性等优势。但是，石墨的理论容量约为372mAh/g，近年来几乎已开发到其理论容量上限，以石墨为负极活性材料的电化学装置的能量密度难以进一步提升。因此，开发一种负极活性材料，以提升电化学装置的能量密度，对电化学装置的发展具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种硬碳材料、负极极片以及电化学装置，能够解决电化学装置能量密度低的问题。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种硬碳材料，所述硬碳材料具有孔结构；所述孔结构包括微孔，所述硬碳材料通过氮气气体吸附法测得的所述微孔的孔体积为V2，V2满足：0cc/g<V2≤0.01cc/g；
[0007]所述硬碳材料在X射线小角散射光谱中的散射矢量为N1，N1满足0.1nm
‑1≤N1≤7nm
‑1，并具有散射强度凸起峰，且半峰宽为L1，L1满足0.1nm
‑1≤L1≤3.5nm
‑1。
[0008]在一些示例性的实施例中，所述硬碳材料通过氮气气体吸附法测得的孔结构的孔体积为V1，V1满足：0cc/g<V1≤0.05cc/g。
[0009]在一些示例性的实施例中，所述硬碳材料包含M金属元素；所述M金属元素包括Na、K、Cs、Mg、Al、Ca、Rb、Zn中的至少一种；以所述硬碳材料为基准，所述M金属元素的质量百分含量为A％，A满足0<A≤0.02。
[0010]在一些示例性的实施例中，所述硬碳材料包含除碳元素以外的R非金属元素，所述R非金属元素包括H、N、O中的至少一种，以所述硬碳材料为基准，所述R非金属元素的质量百分含量为B％，B满足0<B≤0.05。
[0011]在一些示例性的实施例中，所述硬碳材料的X射线衍射图谱具有位于18
°
至30
°
之间的特征峰，且特征峰的半峰宽为L2，L2满足4
°
≤L2≤12
°
。
[0012]在一些示例性的实施例中，在用于以金属锂为对电极的电化学装置中，所述硬碳
材料满足以下条件(1)至(5)中的至少一种：
[0013](1)所述硬碳材料具有首次脱锂容量为C1 mAh/g，在0V至0.15V之间的脱锂容量为C2 mAh/g，0.55≤C2/C1≤0.80；
[0014](2)所述硬碳材料具有首次嵌锂总容量为C0 mAh/g，首次脱锂容量为C1 mAh/g，0.80≤C1/C0≤0.94；
[0015](3)所述硬碳材料具有首次脱锂容量为C1 mAh/g，在0V至0.8V之间的脱锂容量为C3 mAh/g，0.85≤C3/C1≤0.93；
[0016](4)所述硬碳材料的克容量为500mAh/g至8000mAh/g；
[0017](5)所述硬碳材料的脱锂平均电位为V0，0.20V≤V0≤0.36V。
[0018]在一些示例性的实施例中，所述硬碳材料满足如下条件中的至少一种：
[0019]条件a、所述硬碳材料的Raman测试的D峰强度为I
D
、G峰强度为I
G
，其中，I
D
、I
G
满足0.5≤I
D
/I
G
≤1.5；
[0020]条件b、所述硬碳材料的D
V
50满足：3μm≤D
V
50≤15μm；
[0021]条件c、所述硬碳材料的比表面积为S1，S1满足：0.5m2/g≤S1≤50m2/g。
[0022]第二方面，本申请提供一种负极极片，包括：
[0023]负极集流体；及，
[0024]负极活性材料层，设于所述负极集流体至少一个表面，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括如上述权利要求中任一项所述的硬碳材料。
[0025]在一些示例性的实施例中，所述负极活性材料层的压实密度为PD g/cm3，PD满足0.8≤PD≤1.3。
[0026]在一些示例性的实施例中，所述负极活性材料层的孔隙率为S％，S满足10≤S≤40。
[0027]第三方面，本申请提供一种电化学装置，包括如上所述的负极极片。
[0028]基于本申请实施例的硬碳材料、负极极片以及电化学装置，硬碳材料中具有孔结构，且孔结构包括微孔，在储锂过程中，锂离子能够储存于微孔内，从而提供可逆容量。本申请的硬碳材料应用于电化学装置的负极活性材料时，能够使得电化学装置具备高能量密度、高首次库伦效率和良好的循环性能。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本申请实施例4、对比例1负极活性材料对应的小角X射线散射图；
[0031]图2为本申请实施例4硬碳材料对应的孔径分布曲线。
具体实施方式
[0032]以下，适当地参照附图具体说明本申请的电化学装置和用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际
相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
[0033]本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60
‑
120和80
‑
110的范围，理解为60
‑
110和80
‑
120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料具有孔结构；所述硬碳材料在X射线小角散射光谱中的散射矢量为N1，N1满足0.1nm
‑1≤N1≤7nm
‑1，并具有散射强度凸起峰，且半峰宽为L1，L1满足0.1nm
‑1≤L1≤3.5nm
‑1；在用于以金属锂为对电极的电化学装置中，所述硬碳材料满足以下条件(1)至(5)中的至少一种：(1)所述硬碳材料具有首次脱锂容量为C1 mAh/g，在0V至0.15V之间的脱锂容量为C2 mAh/g，0.55≤C2/C1≤0.80；(2)所述硬碳材料具有首次嵌锂总容量为C0 mAh/g，首次脱锂容量为C1 mAh/g，0.80≤C1/C0≤0.94；(3)所述硬碳材料具有首次脱锂容量为C1 mAh/g，在0V至0.8V之间的脱锂容量为C3 mAh/g，0.85≤C3/C1≤0.93；(4)所述硬碳材料的克容量为500mAh/g至800mAh/g；(5)所述硬碳材料的脱锂平均电位为V0，0.20V≤V0≤0.36V。2.根据权利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料满足以下条件a至b中的至少一种：a、L1满足：0.8nm
‑1≤L1≤2.8nm
‑1；b、V0满足：0.24V≤V0≤0.33V。3.根据权利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料通过氮气气体吸附法测得的孔结构的孔体积为V1，V1满足：0cc/g<V1≤0.05cc/g。4.根据权利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，所述孔结构包括微孔，所述硬碳材料通过氮气气体吸附法测得的所述微孔的孔体积为V2，V2满足：0cc/g<V2≤0.01cc/g。5.根据权利要求1中任一项所述的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料包含M金属元素；所述M金属元素包括Na、K、Cs、Mg、Al、Ca、Rb、Zn中的至少一种；以所述硬碳材料为基准，所述M金属元素的质量百分含量为A％，A满足0<A≤0.02。6.根据权利要求1中任一项所述的硬碳材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑子桂，易政，谭福金，谢远森，
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：