[發明專利]負極活性材料及其制備方法、負極極片和二次電池

有效

• 申請號: 202310369251.6
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116093316B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 邵文龍;易政;鄭子桂;謝遠森
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/133;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 王宇;劉繼富

本申請提供了一種負極活性材料及其制備方法、負極極片和二次電池。其中，負極活性材料包括硬碳材料；硬碳材料包含微孔和超微孔，所述微孔的孔徑2nm，所述超微孔的孔徑0.7nm，微孔的孔容占總孔容的比例為95%至100%，超微孔的孔容為0.01cmsupgt;3/supgt;/g至0.2cmsupgt;3/supgt;/g，超微孔的孔容占總孔容的比例為80%至99%。本申請提供的負極活性材料，具有穩定的低電位平臺、高克容量和高可逆容量，將本申請的負極活性材料應用于二次電池中，能夠提高二次電池的能量密度同時改善二次電池的循環性能。

技術領域

本申請涉及電化學技術領域，特別是涉及一種負極活性材料及其制備方法、負極極片、二次電池和電子裝置。

背景技術

二次電池具有能量密度高、自放電率低、循環壽命長、放電性能穩定等突出優勢，被廣泛應用于工業生產和人們日常生活中。

當前對石墨負極活性材料的容量開發已達極限，接近其理論容量372mAh/g，導致以石墨為負極活性材料的鋰離子電池的能量密度難以進一步提升，并且商業化的石墨并不能直接應用于鈉離子電池。而在眾多待開發的負極活性材料中，硬碳材料由于其高理論克容量、低體積膨脹和快速充放電的特性，受到了極大的關注。且硬碳材料可以同時作為鋰離子電池和鈉離子電池的負極活性材料，具有廣闊的應用前景。然而，現有硬碳材料的實際克容量較低，不可逆容量高，無穩定的充放電平臺，其應用于二次電池對能量密度的提升十分有限，難以滿足實際應用的需求。

發明內容

本申請的目的在于提供一種負極活性材料及其制備方法、負極極片、二次電池和電子裝置，以提高二次電池的能量密度。具體技術方案如下：

本申請第一方面提供了一種負極活性材料，其包括硬碳材料；硬碳材料包含微孔和超微孔，微孔的孔徑2nm，超微孔的孔徑0.7nm；微孔的孔容占總孔容的比例為95%至100%，超微孔的孔容為0.01cm³/g至0.2cm³/g，超微孔的孔容占總孔容的比例為80%至99%。通過調控微孔的孔容占總孔容的比例、超微孔的孔容占總孔容的比例以及超微孔的孔容在上述范圍內，能夠使得負極活性材料具有穩定的低電位平臺、高克容量和高可逆容量，將本申請的負極活性材料應用于二次電池，能夠提高二次電池的能量密度同時改善二次電池的循環性能。

在本申請的一些實施方式中，硬碳材料包含碳元素和氧元素，硬碳材料中氧元素的質量百分含量為2%至7%。包含碳元素和氧元素且氧元素的質量百分含量在上述范圍內的硬碳材料，有助于活性金屬離子在微孔中吸附和超微孔內部的脫嵌，從而有利于提高負極活性材料的克容量。

在本申請的一些實施方式中，硬碳材料中氧元素的存在形式包括羰基和羧基，羰基和羧基中的氧元素的質量占硬碳材料中氧元素總質量的60%至99%。硬碳材料中氧元素的以上述形式存在并調控其含量在上述范圍內，更有助于活性金屬離子發生氧化還原反應，從而進一步提高負極活性材料的克容量。

在本申請的一些實施方式中，硬碳材料還包含元素A，元素A包含N或S中的至少一種；基于硬碳材料的質量，元素A的質量百分含量為0.05%至2%。硬碳材料包含上述范圍內的元素A并調控其含量在上述范圍內，有助于擴大硬碳材料的碳層間距，促進活性金屬離子在硬碳材料內部的脫嵌，并且可以使得負極活性材料具有低電位平臺和高可逆容量。

在本申請的一些實施方式中，硬碳材料滿足0.8≤I_D/I_G≤1.5，I_D為硬碳材料的拉曼光譜中D峰的峰面積，I_G為硬碳材料的拉曼光譜中G峰的峰面積。說明硬碳材料具有合適的缺陷程度，可以促進離子吸附結合，同時減少高缺陷程度導致的不可逆容量損失，從而有利于提升負極活性材料的克容量。