负极材料、二次电池和电子装置的制作方法

本技术涉及储能领域，具体涉及一种负极材料、二次电池和电子装置。

背景技术：

1、随着电化学装置如锂离子电池成为广泛应用的能源系统，其细分的方向也越来越多，其中快速充放电应用是其中一个重要的方向。因此，开发具有优越充放电性能的能源系统对其在交通工具、电网、风能和太阳能系统中的大规模应用至关重要。

2、但电池的快速充放电会带来一些问题，如在大倍率充放电时，由于电池本身内阻的存在，导致在充放电过程中温度快速上升，影响其倍率和安全性能。现有技术改善电池阻抗主要是通过降低极片的涂布厚度及减小负极活性材料的粒度，但这种方式会明显的降低电池的能量密度，降低电池的续航能力且成本较高。

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的上述问题，本技术提供一种负极材料及包括该负极材料的二次电池，以提高碳基负极材料的动力学，进而提升包括该负极材料的二次电池的放电倍率性能。

2、在第一方面，本技术提供一种负极材料，其包括碳基材料，其中，通过热重测试，在空气气氛中，该负极材料在600℃至800℃的温度范围内存在放热峰。负极材料在600℃至800℃的温度范围内的放热峰与负极材料与活性离子如锂离子的反应活性相关，本技术的负极材料的放热峰在上述范围内，能够更快地与锂离子进行反应，有利于提升二次电池的倍率性能。在一些实施方式中，该负极材料在650℃至750℃的温度范围内存在放热峰。

3、在一些实施方式中，碳基材料的制备方法包括：将石墨材料依次进行石墨复合材料制备、球形化处理、包覆处理和碳化处理，其中，石墨材料包括天然石墨或人造石墨中的至少一种。

4、在一些实施方式中，石墨复合材料的制备过程包括将天然石墨和人造石墨中的一种或多种与聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)同时溶解在n-n二甲基甲酰胺(dmf)中，在50℃至80℃温度下搅拌10h至14h，过滤收集沉淀物，用去离子水和乙醇洗涤2至4次，60℃至90℃温度下完全干燥得到石墨复合材料前驱体；将石墨复合材料前驱体在管式炉中以8℃/min至16℃/min的升温速率加热至1000℃至1200℃，接着在管式炉中通入ch4/c2h2/h2混合气(比例分别为5～10:5～10:80～85)，保持8h至12h后自然冷却至室温，从而得到石墨复合材料。

5、在一些实施方式中，球形化处理过程包括：对包含石墨复合材料与分散剂溶液的混合物施加来自转盘、内壁以及颗粒之间连续的冲击力、压缩力和剪断力，使得石墨复合材料球形化。在一些实施方式中，球化的时间为10min至20min。在一些实施方式中，通过使用球形化装置对混合物施加冲击力、压缩力和剪断力，从而进行混合物的碰撞、摩擦、剪切和弯曲折叠，由此，去除石墨复合材料棱角同时达到微粉固定到大颗粒上的效果。在一些实施方式中，球形化装置为混合造粒机。在一些实施方式中，球形化装置的转速为30hz至50hz。在一些实施方式中，分散剂溶液为羧甲基纤维素(cmc)的水溶液。在一些实施方式中，分散剂溶液中羧甲基纤维素的质量含量为0.5％至2％。在一些实施方式中，基于石墨材料的质量，分散剂溶液的质量含量为5％至20％。

6、在一些实施方式中，包覆处理过程包括：采用沥青对球化后的石墨复合材料进行包覆处理。在一些实施方式中，基于球化后的石墨复合材料的质量，沥青的质量含量为2％至15％。在一些实施方式中，碳化处理的温度为900℃至1500℃。

7、在一些实施方式中，通过拉曼测试，负极材料满足：0.2≤id/ig≤0.5，其中，id为拉曼光谱中1350cm-1峰的强度，ig为拉曼光谱中1580cm-1处峰的强度。id/ig比值可以表征负极材料的缺陷度，其值越大，表明缺陷度越高。高的缺陷度可以增加活性离子的脱嵌通道，提高活性离子的脱嵌速度，从而提高负极材料的动力学性能。但过多的缺陷会导致二次电池的首效、循环、储存等性能降低。id/ig比值在上述范围内时，二次电池既能表现出良好的动力学，其首效循环等性能也不会明显降低。在一些实施方式中，0.3≤id/ig≤0.5。

8、在一些实施方式中，通过氮气吸附脱附测试，该负极材料满足：0.002cm3/g≤s≤0.035cm3/g，其中，s为负极材料中孔径为3nm至35nm的孔的吸附体积。孔的吸附体积可以表征负极材料结构中介孔的数量的多少。吸附体积越大，表明其介孔比例越高，负极材料中孔隙越多，进而可以增加活性离子的吸附嵌锂，提升负极材料的容量。但过多的孔隙会对二次电池的首效、循环等性能产生不利影响。本技术的负极材料中孔径为3nm至35nm的孔的吸附体积在上述范围内，二次电池既具有高的能量密度，其首效循环等性能也不会明显降低。在一些实施方式中，0.004cm3/g≤s≤0.03cm3/g。

9、在一些实施方式中，通过x射线衍射法测试，负极材料的004晶面衍射峰面积c004与110晶面衍射峰面积c110的比值满足1≤c004/c110≤6。c004/c110的比值是反映负极材料晶体取向度的一个参数，c004/c110值越大，晶体取向度越高，活性离子在负极材料中脱嵌的面就越局限，c004/c110越小，晶体取向度越低，活性离子可以在负极材料的多个方向进行脱嵌。本技术负极材料的c004/c110在上述范围内，活性离子可以快速在负极材料中脱嵌，从而进一步改善二次电池的放电倍率性能。在一些实施方式中，1≤c004/c110≤3。

10、在一些实施方式中，通过x射线衍射法测试，该负极材料的x射线衍射谱图在2θ为43°至44°范围内具有衍射峰a，在2θ为45°至47°范围内具有衍射峰b，其中，衍射峰a的峰强度为ia，衍射峰b的峰强度为ib，2≤ia/ib≤6。负极材料的衍射峰a和衍射峰b与石墨中的菱形(3r)石墨烯层堆叠序列相关，本技术的负极材料中出现衍射峰a和衍射峰b，且衍射峰a的峰强度高于衍射峰b的峰强度，代表形成的石墨中存在斜方六面体结构，能够更容易进行脱嵌锂。本技术的负极材料中衍射峰a的峰强度与衍射峰b的峰强度比值在上述范围内，负极材料的直流内阻显著降低，从而进一步二次电池的放电倍率性能。

11、在一些实施方式中，负极材料的比表面积为4cm2/g至20cm2/g。负极材料的比表面积越小，其与电解液接触的面积也越小，从而使得二次电池在首次形成sei膜时所消耗的活性离子减少，首效增高。但比表面积过小时，电解液浸润和活性扩散变得困难，从而影响二次电池的动力学性能。本技术的负极材料的比表面积在上述范围内，二次电池既具有高的首效，其动力学性能也不会明显降低。在一些实施方式中，负极材料的比表面积为4cm2/g至10cm2/g。

12、在一些实施方式中，负极材料的dv50满足：5μm≤dv50≤25μm。负极材料的dv50越大，相应的克容量越大，但过大会影响其动力学性能。本技术负极材料的dv50在上述范围内，既能保证负极材料具有较高的克容量，又能保证动力学性能不显著降低。在一些实施方式中，10μm≤dv50≤20μm。

13、在一些实施方式中，负极材料的石墨化度为94％至96％。负极材料的石墨化度在上述范围内，负极材料具有高容量和高压实密度，能够进一步提高负极材料的克容量。在一些实施方式中，负极材料的石墨化度为94.5％至96％。

14、在第二方面，本技术提供了一种二次电池，其包括负极，负极包括负极集流体和设置在负极集流体的至少一个表面上的负极活性材料层，其中，负极活性材料层包括第一方面的负极材料。

15、在一些实施方式中，负极还包括位于负极活性材料层和负极集流体之间的导电涂层。在一些实施方式中，导电涂层包括碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。导电涂层能够起到传导电子的作用，电荷转移阻抗显著降低，进而能够进一步提升二次电池的动力学性能。在一些实施方式中，导电涂层的厚度为0.5μm至1.2μm。

16、在第三方面，本技术提供了一种电子装置，其包括第二方面的二次电池。

17、本技术通过提高包括碳基材料的负极材料的动力学性能，提升包括该负极材料的二次电池的放电倍率性能。