一种负极材料及其制备方法和应用与流程

本申请属于钠离子电池，尤其涉及一种负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、硬碳是一种难石墨化的碳材料，具有较大的层间距，从而使得钠离子可以快速的嵌入和脱出，大大提高了二次电池的充放电速度，但因硬碳材料自身具有多孔结构及其较多的活性位点，会造成该材料的比表面积较大、首次库伦效率较低。为提高硬碳的首次库伦效率，研发人员一般采用高温烧结技术(温度高于1000℃)，以降低硬碳材料比表面积，提升硬碳的首次库伦效率。然而，高温烧结时，硬碳的层间距会缩小，层间距的缩小，导致其可逆容量降低，进而影响二次电池的能量密度的提升。

2、因此，开发一种首次效率高，倍率性能、循环性能以及低温性能优异的纳离子负极材料具有重要的研究意义和应用价值。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种负极材料及其制备方法，旨在解决硬碳材料难以同时实现降低比表面积和扩大层间距，导致硬碳负极材料的首次库伦效率和可逆容量不理想的问题。

2、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，以解决现有二次电池能量密度低的技术问题。

3、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

4、第一方面，本申请提供一种负极材料，负极材料包括硬碳，硬碳的层间内含有纳米材料。

5、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：

6、步骤s10、提供碳源和纳米材料中的金属对应的金属碳酸盐溶液；

7、步骤s20、将碳源进行碳化处理，得到含有硬碳的前驱体材料；

8、步骤s30、将前驱体材料分散至金属碳酸盐溶液中，去溶剂处理，将金属碳酸盐引入硬碳的层间，得固体材料；

9、步骤s40、将固体材料进行烧结处理，得到负极材料。

10、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过负极材料的制备方法制得的负极材料。

11、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。

12、本申请第一方面提供的负极材料，硬碳层间内含有的纳米材料，可作为支撑骨架，起到支撑硬碳层结构的作用，能够避免硬碳层结构的坍塌，充分确保了负极材料的结构稳定性，还可以在有效增大硬碳层间距的同时不影响其比表面积，更有利于电解质的浸润，使得负极材料不仅有充足的层间距以满足活性离子的嵌入和脱出，从而有效提高了活性离子的传输速度，赋予负极材料较高的储钠性能，还能减少形成sei膜(solid electrolyteinterface，固体电解质界面膜)时钠离子的消耗，进一步提高了负极材料的首次库伦效率和可逆容量。

13、本申请第二方面提供的负极材料的制备方法，首先制备含有硬碳的前驱体材料，再通过浸渍处理和去溶剂处理，将纳米材料中的金属对应的金属碳酸盐引进硬碳的层间，然后在烧结过程中，金属碳酸盐经过热分解生成可用于增大硬碳层间距和具有支撑硬碳层结构作用的纳米材料，以及可抵消硬碳部分层间范德华力的二氧化碳，可以在进一步扩大硬碳的层间距的同时还能降低硬碳的比表面积，赋予负极材料较高的首次库伦效率和可逆容量。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。

14、本申请第三方面提供的负极，由于含有本申请负极材料，该负极材料具有足够大的层间距满足活性离子的嵌脱，从而有效提高了电池的首次充电效率和整体电化学性能，还可以提高电池的能量密度和循环稳定性，而且使用安全、寿命长。

15、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首次库仑效率，以及优良的倍率性能、循环性能和能量密度。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括硬碳，所述硬碳的层间内含有纳米材料。

2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述纳米材料包括碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种。

3.如权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述碱金属氧化物包括钠的氧化物和钾的氧化物中的至少一种；

4.如权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述碱金属氧化物的前驱体为含碱金属碳酸盐材料；所述碱土金属氧化物的前驱体为含碱土金属碳酸盐材料。

5.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述纳米材料的粒径为0.373～0.420nm；和/或

6.如权利要求1～5任一项所述的负极材料，其特征在于，所述硬碳的d002晶面的层间距为0.345～0.450nm；和/或

7.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种负极，包括集流体和结合在集流体表面的负极活性材料层，其特征在于，所述负极活性材料层中含有如权利要求1～6任一项所述的负极材料或如权利要求7所述的负极材料的制备方法制得的负极材料。

9.一种二次电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，其特征在于，所述负极片为权利要求8所述的负极。

10.根据权利要求9所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池为钠离子电池，所述钠离子电池在5c倍率下的首次库伦效率大于80％，首次充放电容量大于250mah/g。

技术总结
本申请涉及钠离子电池技术领域，提供了一种负极材料，负极材料包括硬碳，硬碳的层间内含有纳米材料。本申请提供的负极材料中硬碳层间内含有的纳米材料，可作为支撑骨架，起到支撑硬碳层结构的作用，能够避免硬碳层结构的坍塌，充分确保了负极材料的结构稳定性，还可以在有效增大硬碳层间距的同时不影响硬碳的比表面积，更有利于电解质的浸润，使得负极材料有充足的层间距以满足活性离子的嵌入和脱出，从而有效提高了活性离子的传输速度，赋予负极材料较高的储钠性能，使得该负极材料的首次充放电容量大于250mAh/g，首次库伦效率大于80％。

技术研发人员：赖日鑫,万远鑫,孔令涌,裴现一男,赖佳宇,戴浩文,骆文森
受保护的技术使用者：深圳市德方创域新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15