负极活性材料及其制备方法、电化学装置及用电设备制造方法及图纸

本申请公开了一种负极活性材料及其制备方法、电化学装置及用电设备。负极活性材料包括碳基材料，碳基材料表面设置有功能层，功能层包括钠元素；负极活性材料在C 1s XPS图谱的282

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及其制备方法、电化学装置及用电设备


[0001]本申请涉及负极活性材料
，具体涉及一种负极活性材料及其制备方法、电化学装置及用电设备。

技术介绍

[0002]碳材料是极具应用前景的负极活性材料，如硬碳、活性炭等具有开放多孔结构以适合钠离子嵌入脱出，但这也不可避免地在形成SEI膜的时候消耗额外的钠离子，此外这些碳材料表面的富缺陷结构也会在电化学过程中吸附过多的活性金属离子，最终导致电池活性材料失活、库伦效率低，进而限制了其作为钠离子电池负极活性材料的应用。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种负极活性材料及其制备方法、电化学装置及用电设备。本申请的负极活性材料在电化学循环过程中，负极活性材料中的钠离子释放出来以补充首次充放电所消耗的额外钠离子所造成的活性钠损失，从而提高首次库伦效率。
[0004]本申请的实施例提供了一种负极活性材料，所述负极活性材料包括碳基材料，所述碳基材料表面设置有功能层，所述功能层包括钠元素；所述负极活性材料在C1s XPS图谱的282
‑
284eV处具有特征峰。
[0005]在一些实施例中，所述特征峰包括C
‑
Na结合的特征峰。
[0006]在一些实施例中，所述钠元素占所述负极活性材料的质量百分比为0.025～2.0％。
[0007]在一些实施例中，所述功能层包括碳钠化合物。
[0008]在一些实施例中，所述功能层包括C
x
Na，其中，x的取值范围为：6＜x＜12。
[0009]在一些实施例中，所述钠元素分布于所述碳基材料表面以及所述碳基材料内部。
[0010]在一些实施例中，分布于所述碳基材料表面的钠元素占所述钠元素总质量的的百分比为5～15％。
[0011]在一些实施例中，所述碳基材料包括硬碳、软碳、碳
‑
硅复合材料，碳
‑
金属复合材料和碳
‑
金属氧化物复合材料中的一种或多种。
[0012]在一些实施例中，所述负极活性材料的孔径为10～50nm。
[0013]相应的，本申请的实施例提供了所述负极活性材料的制备方法，包括：
[0014]将钠源和碳基材料混合后煅烧，得到所述负极活性材料。
[0015]在一些实施例中，所述煅烧的温度为400℃
‑
1000℃，煅烧的时间为0.5h
‑
12h。
[0016]在一些实施例中，所述钠源包括草酸钠、柠檬酸钠、醋酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、联苯钠化合物、含钠的三联苯化合物、含钠的萘化合物、含钠的蒽化合物、含钠的菲化合物和含钠的芘化合物中的一种或多种。
[0017]相应的，本申请的实施例还提供了一种电化学装置，包括：正极极片、电解液、隔离膜和负极极片，负极极片包括上述的负极活性材料或包括上述的制备方法制备的负极活性
材料。
[0018]相应的，本申请的实施例还提供了一种用电设备，包括上述的电化学装置。
[0019]本申请的有益效果在于：本申请提供了一种负极活性材料，包括碳基材料，碳基材料表面设置有功能层，功能层包括钠元素；负极活性材料在C1s XPS图谱的282
‑
284eV处具有特征峰。本申请含钠的负极活性材料，在电化学循环过程中，负极活性材料中的钠离子释放出来以补充首次充放电所消耗的额外钠离子所造成的活性钠损失，从而提高首次库伦效率。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
[0021]图1为实施例1制备的负极活性材料的扫描电镜图和钠元素mapping图谱；
[0022]图2为实施例1制备的负极活性材料(HC)的XPS图谱；
[0023]图3为实施例1中制备的负极活性材料首次充放电曲线；
[0024]图4为实施例2中制备的负极活性材料首次充放电曲线；
[0025]图5为对比例1中原始硬碳首次充放电曲线。
具体实施方式
[0026]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作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。另外，在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。本申请的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
[0027]针对钠离子电池负极材料在形成SEI膜的时候消耗过量钠离子而导致首次库伦效率低，使电极活性物质极易失活的问题，本申请的实施例提供了一种负极活性材料，负极活性材料包括碳基材料，碳基材料表面设置有功能层，功能层包括钠元素；所述负极活性材料在C1s XPS图谱的282
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284eV处具有特征峰。
[0028]本申请通过碳基材料表面设置含钠的功能层，电化学过程中含钠负极材料能释放部分钠离子以缓解初始电化学循环过程中负极表面生成SEI消耗过量活性钠离子而造成效率低，循环性差的问题，提高了钠离子电池的库伦效率、寿命和安全性。
[0029]在一些实施例中，钠元素占负极活性材料的质量百分比为0.025～2.0％。
[0030]本申请的钠元素含量与负极活性材料的质量百分比在0.025％～2.0％的范围内
可以进一步提高电池首效。当钠元素在碳基材料中含量过高，则将导致负极材料活性位点降低，储钠可逆容量减少；当钠元素在碳基材料中占比过低，则将导致活性钠离子量不足以满足首次SEI生成所消耗的钠离子，影响电池的首次充电效率以及电池的循环寿命。
[0031]在一些实施例中，钠元素与负极活性材料的质量百分比为(％)为：0.025、0.10、0.5、1.0、1.5、2.0中的任意值或任意两值之间的范围值。
[0032]在一些实施例中，功能层包括碳钠化合物，碳钠化合物中的钠元素以化合态的形式与碳基材料中的碳元素结合。
[0033]本申请的负极活性材料中，钠元素以化合态的形式与碳元素结合，即钠元素与碳基负极材料形成化合物形式，是一种钠含量可控的补钠化合物，兼容性强，电化学过程中含钠负极材料能释放部分钠离子以缓解初始电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料包括碳基材料，所述碳基材料表面设置有功能层，所述功能层包括钠元素；所述负极活性材料在C 1s XPS图谱的282
‑
284eV处具有特征峰。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述钠元素占所述负极活性材料的质量百分比为0.025～2.0％。3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述功能层包括碳钠化合物；和/或，所述功能层包括C
x
Na，其中，x的取值范围为：6＜x＜12。4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述钠元素分布于所述碳基材料表面以及所述碳基材料内部。5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述碳基材料包括硬碳、软碳、碳
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硅复合材料，碳
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金属复合材料和碳
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金属氧化物复合材料中的一种或多种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：安黎，邓常健，梁世硕，张耀，
申请(专利权)人：欣旺达动力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：