负极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电动汽车市场规模的不断扩大，锂离子电池的需求一路暴涨，但我国的锂资源高度依赖进口，有必要开发不依赖于稀有资源、成本较低的储能电池技术。与锂离子电池技术最接近的钠离子电池开始崭露头角。近年来，拥有自主知识产权的相关成果不断涌现，以钠离子电池为“心脏”的智能电动自行车、低速电动车、家庭储能柜、储能电站、园区/景区观光电动车等相继问世，很多成果在国际上均为首次发布。钠离子电池几乎与锂离子电池原理相同，但其商业化的研究进度缓慢，主要存在材料容量低，电压平台低，生产成本高等问题。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种负极材料，其具有优异的空气稳定性，高导电性和高容量。

2、本发明的另一个目的在于提供一种所述的负极材料的制备方法，该方法通过各个步骤的配合使得到的负极材料具有优异的电化学性能。

3、本发明的另一个目的在于提供一种负极片。

4、本发明的另一个目的在于提供一种电池。

5、本发明的另一个目的在于提供一种用电设备。

6、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

7、一种负极材料，包括基体以及包覆于所述基体表面的包覆层；

8、所述基体中含有第一碳材料，所述包覆层中含有第二碳材料，所述第一碳材料和所述第二碳材料各自独立地包括硬碳和软碳中的至少一种，所述包覆层的无序度低于所述基体的无序度；所述基体和所述包覆层中均含有掺杂元素，所述掺杂元素包括磷、氮、硼、硫和氯中的至少一种；所述掺杂元素的质量占所述负极材料的质量的0.1％～8％。

9、在一种实施方式中，所述掺杂元素的质量占所述负极材料的质量的0.1％～8％。

10、在一种实施方式中，所述包覆层的无序度低于所述基体的无序度。

11、在一种实施方式中，所述负极材料的x射线衍射谱中，d002值为0.37～0.45nm，lc(002)为0.5～3.0nm，la值为2.7～5.7nm。

12、在一种实施方式中，所述负极材料的d50粒径为2～20μm。

13、在一种实施方式中，所述负极材料的比表面积为0.1～30m2/g。

14、在一种实施方式中，所述负极材料的孔径小于50nm，孔容为0.1cm3/g。

15、在一种实施方式中，所述包覆层的厚度小于50nm。

16、如上所述的负极材料的制备方法，包括以下步骤：

17、将碳源、溶剂和含有掺杂元素的添加剂的混合物进行第一热处理，得到第一物料；将所述第一物料进行第一分离处理，再进行第二热处理和第二分离处理，收集固形物并进行烧结处理。

18、在一种实施方式中，所述碳源经过预处理，所述预处理包括破碎处理和筛分处理。

19、在一种实施方式中，所述碳源包括物质原料、热塑性树脂原料、热固性树脂原料、沥青基原料、焦炭原料的至少一种。

20、在一种实施方式中，所述碳源的筛分处理的筛子目数为5～200目。

21、在一种实施方式中，所述碳源、溶剂和添加剂的质量比为1：(3～10)：(0.1～1)。

22、在一种实施方式中，所述添加剂包括含有所述掺杂元素的酸和含有所述掺杂元素的酸根的非金属盐类；所述掺杂元素包括磷、氮、硼、硫和氯中的至少一种。

23、在一种实施方式中，所述溶剂包括甲苯、乙醇、正丁醇、异丙醇、丙酮、环己酮、醋酸乙酯、松香水和水中的至少一种。

24、在一种实施方式中，所述生物质原料包括椰壳、核桃壳、杏壳、松果壳、油棕壳、稻草杆、锯末渣、玉米芯、甘蔗渣和淀粉中的至少一种。

25、在一种实施方式中，所述热塑性树脂原料包括聚氯乙烯树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩乙醛、聚苯乙烯、abs树脂、压克力树脂、聚乙烯树脂、尼龙树脂、聚缩醛树脂和热可塑性聚酯的至少一种。

26、在一种实施方式中，所述热固性树脂原料包括环氧树脂、聚酯树脂，乙烯基酯，双马来酰胺、热固性聚酰亚胺和氰酸酯中的至少一种。

27、在一种实施方式中，所述沥青基原料包括煤焦油沥青或石油焦油沥青中至少一种。

28、在一种实施方式中，所述焦炭原料包括煤系针状焦、油系针状焦和沥青焦中的至少一种。

29、在一种实施方式中，所述含有所述掺杂元素的酸包括磷酸、硝酸、硼酸、硫酸、盐酸、高氯酸或和次氯酸中的至少一种。

30、在一种实施方式中，含有所述掺杂元素的酸根的非金属盐类包括磷酸一氢胺、磷酸二氢铵、硝酸铵、硼酸胺、硫酸胺、过硫酸铵和氯化铵中的至少一种。

31、在一种实施方式中，所述第一热处理在密封条件下进行，所述第一热处理的气氛包括空气、氮气和惰性气体中的至少一种。

32、在一种实施方式中，所述第一热处理的温度为50～350℃，所述第一热处理的时间为0.5～20h。

33、在一种实施方式中，所述第一分离处理为蒸馏处理，以去除溶剂和含有掺杂元素的添加剂。

34、在一种实施方式中，所述第一分离处理的温度为60～200℃，所述第一分离处理的时间为0.5～10h。

35、在一种实施方式中，所述第二热处理的温度为50～350℃，所述第二热处理的时间为0.5～20h。

36、在一种实施方式中，所述第二热处理的气压为0.2～100mpa。

37、在一种实施方式中，所述第二热处理的气氛包括空气、氮气或惰性气体。

38、在一种实施方式中，所述第二分离处理包括离心处理；所述离心处理的时间为0.5～6h。

39、在一种实施方式中，所述烧结处理包括第一烧结和第二烧结；所述第一烧结的温度为300～800℃，所述第一烧结的时间为0.5～6h；所述第二烧结的温度为900～1600℃，所述第二烧结的时间为0.5～6h；所述第一烧结和第二烧结的升温速率各自独立为0.1～8℃/min。

40、在一种实施方式中，所述第二分离处理之后及煅烧处理之前，还包括干燥处理；哦所述干燥处理的温度为50～200℃，所述干燥处理的时间为0.5～20h。

41、在一种实施方式中，所述第一烧结和第二烧结之间还包括粉碎处理。

42、在一种实施方式中，对所述烧结处理后得到的物料进行筛分处理。

43、一种负极片，包括所述的负极材料。

44、一种电池，包括所述的负极片。

45、一种用电设备，包括所述的电池

46、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

47、(1)本发明的负极材料促使生物质碳结构更加趋于稳定并形成复杂且多元的空间结构，具有较多的纳米孔道，而在纳米孔道之间形成具有点-线连接的碳结构，使导电网络分布均匀；促使负极材料的孔径分布均匀，导电性提高，表面缺陷减少；其具有优异的空气稳定性，具有高容量，高首效和长循环的特点。

48、(2)本发明的负极材料的制备方法简单易行，通过各个步骤得到的负极材料具有更加优异的电化学性能；制程中的材料可循环利用，降低生产成本，经济效益可观。

49、(3)本发明的电池具有优异的首次库伦效率和循环性能。