负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电设备技术

本申请提供一种负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电设备，属于电池材料技术领域。该负极材料包括内核，内核的表面具有第一碳层；内核的形状为多孔骨架，内核的材料含有钠元素以及碳元素；多孔骨架的截面包括孔A和孔B；孔A的长径为D1，短径为D2，1≤D2/D1≤2；孔B的长径为D3，短径为D4，D3/D4＞2。本申请提供的负极材料具有稳定的低电位平台、较高的克容量、较高的可逆容量和较高的首次库伦效率，能够在提高二次电池的能量密度的同时，改善二次电池的循环性能，且能够在一定程度上抑制二次电池的膨胀。电池的膨胀。电池的膨胀。

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电设备


[0001]本申请涉及电池材料
，具体而言，涉及一种负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电设备。

技术介绍

[0002]二次电池具有能量密度高、自放电率低、循环寿命长、放电性能稳定等突出优势，被广泛应用于工业生产和人们日常生活中。
[0003]石墨作为最常用的二次电池的负极材料，其实际发挥容量可接近其理论容量。然而二次电池中的离子插层过程，会导致石墨负极材料在充放电过程中存在不可避免的体积膨胀，其体积膨胀率接近8％。此外，以石墨为负极活性材料的二次电池的能量密度也难以进一步提升。
[0004]目前，硬碳材料由于其高理论容量、低体积膨胀和可快速充放电等特性，是一种极具潜力的二次电池的负极材料。但是，目前负极材料仍面实际临克容量较低、首次库伦效率低、放电中压较高等问题，将负极材料作为负极活性材料应用于二次电池时，对二次电池的能量密度和循环性能的提升以及抑制二次电池的膨胀率的效果并不明显。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供一种负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电设备，可使得负极材料具有高克容量、高可逆容量和高首次库伦效率，可提高采用该负极材料作为负极活性材料的二次电池的能量密度提升以及循环性能，且能够在一定程度上抑制二次电池的膨胀。
[0006]本申请第一方面，提供了一种负极材料，负极材料包括内核，内核的表面具有第一碳层。内核的形状为多孔骨架，内核的材料含有钠元素以及碳元素；多孔骨架的截面包括孔A和孔B；孔A的长径为D1，短径为D2，1≤D1/D2≤2；孔B的长径为D3，短径为D4，D3/D4＞2。
[0007]上述技术方案中，负极材料具有多孔骨架形状的内核以及内核的表面具有第一碳层，并配合多孔骨架的截面包括长短径比为1～2的孔A和长短径比大于2的孔B，以及内核的材料含有钠元素和碳元素，可使得负极材料具有稳定的低电位平台、较高的克容量、较高的可逆容量和较高的首次库伦效率，将本申请的负极材料作为负极活性材料应用于二次电池中，能够在提高二次电池的能量密度同时，改善二次电池的循环性能，且能够在一定程度上抑制二次电池的膨胀。
[0008]在一些实施例中，第一碳层的厚度为1μm～5μm。有利于进一步提高负极材料的可逆容量和首次库伦效率，以及提高二次电池的能量密度和循环性能。
[0009]在一些实施例中，第一碳层的厚度为1.5μm～3μm。有利于进一步提高二次电池的能量密度和循环性能。
[0010]在一些实施例中，第一碳层的材质包括硬碳或/和软碳。
[0011]在一些实施例中，第一碳层的材质为软碳。相比于第一碳层的材质为硬碳，第一碳
层的材质为软碳，有利于进一步提高负极材料的可逆容量和首次库伦效率，以及提高二次电池的能量密度和循环性能。
[0012]在一些实施例中，第一碳层外还设置有第二碳层。
[0013]在一些实施例中，第二碳层的厚度为100nm～300nm。有利于提高负极材料的首次库伦效率，以及提高二次电池的循环性能，使得二次电池的膨胀率进一步降低。
[0014]在一些实施例中，D3、D4满足：D3/D4≤10。可使得负极材料具有稳定的脱离子平均电位(例如，脱锂平均电势)，同时也使得负极材料克容量、可逆容量、首次库伦效率更高，二次电池的能量密度更高、循环性能更好。
[0015]在一些实施例中，多孔骨架的粒径D0、D3满足：0.01≤D3/D0≤0.5。D3/D0在上述范围内，可使得负极材料具有稳定的脱离子平均电位，同时也使得负极材料克容量、可逆容量、首次库伦效率更高，二次电池的能量密度更高、循环性能更好。
[0016]在一些实施例中，多孔骨架的粒径D0、D4满足：0.01≤D4/D0≤0.3。D4/D0在上述范围内，可使得负极材料具有稳定的脱离子平均电位，同时也使得负极材料克容量、可逆容量、首次库伦效率更高，二次电池的能量密度更高、循环性能更好。
[0017]在一些实施例中，1μm≤D0≤15μm。D0在上述范围内，可使得负极材料具有稳定的脱离子平均电位，同时也使得负极材料克容量、可逆容量、首次库伦效率更高，二次电池的能量密度更高、循环性能更好。
[0018]在一些实施例中，10nm≤D1≤800nm。D1在上述范围内，有利于提高二次电池的能量密度和循环性能，缓解二次电池在充放电过程中负极材料的体积膨胀。
[0019]在一些实施例中，10nm≤D2≤800nm。D2在上述范围内，有利于提高二次电池的能量密度和循环性能，缓解二次电池在充放电过程中负极材料的体积膨胀。
[0020]在一些实施例中，100nm≤D3≤1300nm。D3在上述范围内，可使得负极材料在0V至2.5V的总克容量更高、首次库伦效率更高，二次电池的能量密度更高、循环性能更好。
[0021]在一些实施例中，20nm≤D4≤600nm。D4在上述范围内，可使得负极材料在0V至2.5V的总克容量更高、首次库伦效率更高，二次电池的能量密度更高、循环性能更好。
[0022]在一些实施例中，截面的至少一个(5
±
0.1)μm
×
(5
±
0.1)μm的区域内，孔A和孔B分别占孔A和孔B的总数量的比例为50％～75％和25％～50％。孔A和孔B的数量占比在上述范围内，有利于提高负极材料的克容量和二次电池的能量密度。
[0023]在一些实施例中，钠元素在负极材料中的质量占比为0.01％～5.0％。钠元素的存在可促进负极材料的表面形成SEI膜，可使得负极材料具有稳定的低电位平台、高克容量、高可逆容量以及高首次库伦效率，也可使得采用负极材料作为活性材料的二次电池的能量密度较高。
[0024]在一些实施例中，钠元素在负极材料中的质量占比为0.7％～3.0％。可进一步提升负极材料的可逆容量，进一步提高采用负极材料作为负极活性材料的二次电池的能量密度。
[0025]在一些实施例中，负极材料通过氮气吸脱附测试的比表面积为0.1m2/g～10m2/g。有利于进一步提高负极材料的可逆容量和首次库伦效率。
[0026]在一些实施例中，负极材料的5吨压实密度为1.05g/cm3～1.30g/cm3。有利于进一步提高二次电池的能量密度和循环性能。
[0027]在一些实施例中，负极材料的平均粒径为2μm～18μm。有利于进一步提高负极材料的总可逆容量和首次库伦效率，以及提高二次电池的能量密度。
[0028]本申请第二方面，提供了一种负极材料的制备方法，包括：将前驱体进行一次煅烧；一次煅烧的温度为600℃～900℃，前驱体包括木质素磺酸钠、海藻酸钠、聚丙烯酸钠、碱木质素、柠檬酸钠、聚苯乙烯磺酸钠以及丙烯酸钠中的至少一种。酸洗一次煅烧后的所得物。在酸洗后的所得物的表面形成第一碳层。
[0029]上述技术方案中，通过将前驱体进行一次煅烧和酸洗，可以形成具有多孔骨架形状的内核本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括内核，所述内核的表面具有第一碳层；所述内核的形状为多孔骨架，所述内核的材料含有钠元素以及碳元素；所述多孔骨架的截面包括孔A和孔B；所述孔A的长径为D1，短径为D2，1≤D1/D2≤2；所述孔B的长径为D3，短径为D4，D3/D4＞2。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，负极材料满足以下条件的至少一者：(a)所述第一碳层的厚度为1μm～5μm；(b)所述第一碳层的材质包括硬碳或/和软碳。3.根据权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下条件的至少一者：(c)所述第一碳层的厚度为1.5μm～3μm；(d)所述第一碳层的材质为软碳。4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述第一碳层外还具有第二碳层。5.根据权利要求4所述的负极材料，其特征在于，所述第二碳层的厚度为100nm～300nm。6.根据权利要求1～5中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述多孔骨架的粒径D0、所述D3、所述D4满足以下条件的至少一者：(e)D3/D4≤10；(f)0.01≤D3/D0≤0.5；(g)0.01≤D4/D0≤0.3。7.根据权利要求1～5中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述多孔骨架的粒径D0、所述D1、所述D2、所述D3、所述D4满足以下条件的至少一者：(h)1μm≤D0≤15μm；(i)10nm≤D1≤800nm；(j)10nm≤D2≤800nm；(k)100nm≤D3≤1300nm；(l)20nm≤D4≤600nm。8.根据权利要求1～5中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述截面的至少一个(5
±
0.1)μm
×
(5
±
0.1)μm的区域内，所述孔A和所述孔B分别占所述孔A和所述孔B的总数量的比例为50％～75％和25％～50％。9.根据权利要求1～5中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵文龙，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：