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负极材料，尤其涉及一种负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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

1、本申请的目的在于提供一种负极材料及其制备方法，旨在解决现有负极材料的倍率性能和循环稳定性不佳的问题。

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，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。

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，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。

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、提供碳源和含杂原子的交联剂；

7、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；

8、步骤s30、将硬碳前驱体进行碳化处理，得到负极材料。

9、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。

10、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。

11、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。

12、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。

13、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。

14、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。

技术特征：

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；

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

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

8.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源、所述交联剂和所述溶剂的质量比为100:0.01～20:50～200；和/或

10.一种负极，包括集流体和结合在所述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1～7任一项所述的负极材料或如权利要求8～9任一项所述的负极材料的制备方法制得的负极材料。

11.一种二次电池，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10所述的负极。

技术总结
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。

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
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