一种负极材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及钠离子电池负极材料技术领域，提供了一种负极材料及其制备方法和应用。本申请提供的负极材料包括硬碳三维多孔结构，其中，硬碳三维多孔结构的至少部分骨架为包含杂原子的嵌段骨架。本申请提供的负极材料具有的三维骨架结构赋予其丰富的缺陷和活性中心，从而可以有效缩短钠离子传输路径和电子传导的扩散路径，使得负极材料表现出优异的储钠性能和电导率。和电导率。和电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请属于钠离子电池负极材料
，尤其涉及一种负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池与锂离子电池的工作原理相同，均属于二次电池。而钠离子电池稳定性更高，更不易出现热失控等情况，且钠资源丰富，因此，钠离子电池受到了广泛关注。
[0003]然而，因为钠离子半径的限制，传统的石墨负极的层间距不足以使半径更大的钠离子在其层间自由脱嵌，基于此，亟需开发适合钠离子电池的负极材料。
[0004]硬碳是指难石墨化的碳，相对于统石墨由于具有高度无序的结构和大的层间距，可满足钠离子在层间自由脱嵌，使得硬碳表现出优异的储钠容量。但是，硬碳制作的钠离子电池的倍率性能和循环稳定性不佳，难以满足人们对二次电池日益增长的高容量需求。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种负极材料及其制备方法，旨在解决现有负极材料的倍率性能和循环稳定性不佳的问题。
[0006]本申请的另一目的在于提供一种负极和含有该负极的二次电池，旨在解决二次电池的容量、倍率性能和循环稳定性不理想的问题。
[0007]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0008]第一方面，本申请提供一种负极材料，包括硬碳三维多孔结构，其中，硬碳三维多孔结构的至少部分骨架为包含杂原子的嵌段骨架。
[0009]第二方面，本申请提供一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S10、提供碳源和含杂原子的交联剂；
[0011]步骤S20、将碳源与交联剂分散至溶剂中，去溶剂处理后进行交联反应，得到具有三维结构的硬碳前驱体；
[0012]步骤S30、将硬碳前驱体进行碳化处理，得到负极材料。
[0013]第三方面，本申请提供一种负极，包括集流体和结合在集流体表面的负极活性材料层，负极活性材料层中含有本申请负极材料或本申请负极材料的制备方法制得的负极材料。
[0014]第四方面，本申请提供一种二次电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，负极片为本申请负极。
[0015]本申请第一方面提供的负极材料，其具有通过碳原子与杂原子相互连接、碳原子与碳原子相互连接形成的硬碳三维多孔结构，该硬碳三维多孔结构的骨架中还包括杂原子的嵌段骨架，从而赋予负极材料丰富的缺陷和活性中心，从而可以有效缩短钠离子传输路径和电子传导的扩散路径，使得负极材料表现出优异的储钠性能和电导率，因此，本申请负极材料同时具有较高的比容量、倍率性能和循环稳定性等电化学性能。
[0016]本申请第二方面提供的负极材料的制备方法，含有杂原子的交联剂作为嵌段骨架与碳源发生缩合交联反应，使得碳源经过交联改性向三维空间拓展，交联剂诱导碳源形成具有三维结构的硬碳前驱体，并且该三维结构中包含有杂原子嵌段骨架，然后在碳化过程中，交联剂中含有的杂原子进入三维结构中，并形成多级多孔结构，赋予负极材料较高的比容量、倍率性能和循环稳定性。另外，负极材料的制备方法能有效制备出结构和电化学性能稳定的负极材料，而且制备工艺简单，成本低，适合大批量工业化生产和应用。
[0017]本申请第三方面提供的负极，由于含有本申请负极材料，该负极材料具有碳原子与杂原子相互连接形成的三维骨架结构，因此，可以有效提高该负极的储钠性能、倍率性能和循环稳定性，而且使用安全、寿命长。
[0018]本申请第四方面提供的二次电池，由于含有本申请提供给负极，因此，本申请二次电池具有较高的容量、倍率性能和循环稳定性。
附图说明
[0019]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，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0020]图1是本申请实施例提供的负极材料的制备方法的流程示意图；
[0021]图2是本申请实施例1提供的负极材料的扫描电镜照片；
[0022]图3是本申请实施例1提供的负极材料的X射线能谱电子照片；
[0023]图4是本申请实施例1提供的负极材料的X射线衍射谱图。
具体实施方式
[0024]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0025]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0026]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a
‑
b(即a和b),a
‑
c,b
‑
c,或a
‑
b
‑
c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0027]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0028]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0029]本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
[0030]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0031]本申请实施例第一方面提供一种负极材料，包括硬碳三维多孔结构，其中，硬碳三维多孔结构的至少部分骨架为包含杂原子的嵌段骨架。应理解，嵌段骨架是杂原子形成链接型骨架形成在三维多孔结构中。
[0032]本申请实施例第一方面提供的负极材料，其具有通过碳原子与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括硬碳三维多孔结构，其中，所述硬碳三维多孔结构的至少部分骨架为包含杂原子的嵌段骨架。2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硬碳三维多孔结构的骨架中均匀掺杂有杂原子。3.如权利要求1～2任一项所述的负极材料，其特征在于，所述杂原子包括N、O、S、P、B、F中的至少一种；所述杂原子占所述负极材料总质量的0.01～15wt％。4.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硬碳三维多孔结构包括相互连通的多级网孔。5.如权利要求4所述的负极材料，其特征在于，所述多级网孔包括微孔、介孔和大孔。6.如权利要求5所述的负极材料，其特征在于，所述微孔占所述负极材料所含孔数量的10～40％；和/或所述介孔占所述负极材料所含孔数量的40～80％；和/或所述大孔占所述负极材料所含孔数量的1～15％。7.如权利要求1～6任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的一次粒径为50～700nm，二次粒径为0.5～100μm；和/或所述负极材料的孔容为0.01～0.8cm3/g；和/或所述负极材料的比表面积为0.5～1000m2/g；和/或所述负极材料的d
002
晶面的层间距为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：骆文森，万远鑫，孔令涌，裴现一男，赖佳宇，赖日鑫，戴浩文，谭旗清，
申请(专利权)人：深圳市德方创域新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：