负极材料、二次电池和用电装置的制作方法

专利2025-05-21  6


本申请涉及电池,具体涉及一种负极材料、二次电池和用电装置。


背景技术:

1、高能量密度、高安全、高功率的二次电池是当前研究的热点,受到了产业界广泛关注。但是,二次电池在循环过程中易产生枝晶,尤其是钠离子电池在循环过程中易产生枝晶,从而易引起电池短路,导致严重的安全问题。

2、引起钠离子电池枝晶的主要原因是:钠沉积位点不足、钠离子传导速率差,因此,如何改善电池枝晶问题成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

3、鉴于此,提出本申请。


技术实现思路

1、本申请的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种负极材料、二次电池和用电装置,所述的负极材料能够有效的缩短钠离子扩散距离,促进钠离子、电子的协同传输,同时能够降低钠离子扩散能垒,实现高效钠离子传输,有效地提高碳材料中钠离子传质速率,抑制二次电池在循环过程中形成枝晶,提高二次电池的循环性能。

2、为实现上述目的,本申请采取的技术方案为:

3、一种负极材料,包括碳材料和添加剂,所述添加剂包括第一添加剂,所述第一添加剂的化学式包括naxy,其中y为非金属元素,1≤x≤3,所述非金属元素包括第ⅴa族、第ⅵa族以及第ⅶa族中的至少一种元素,所述第一添加剂至少部分分布在所述碳材料颗粒内部;

4、通过x射线光电子能谱测试,所述负极材料满足:0.05≤s1/s≤0.4;

5、其中,s1表示在x射线光电子能谱中,碳与所述非金属元素键所对应的峰的面积,s表示c1s峰对应的峰面积,所述c1s峰表示与碳相关的峰。

6、作为本申请的实施方案,所述非金属元素包括n、s、se、te、f、cl、br、i中的至少一种元素。

7、作为本申请的实施方案,所述第一添加剂的平均粒径为200nm~800nm。

8、作为本申请的实施方案,所述碳材料、第一添加剂的质量比为(4~19):1。

9、作为本申请的实施方案,所述添加剂还包括第二添加剂,所述第二添加剂包括na2m2teo6、nasn2(po4)3、na3v2(po4)3、na3ps4、na3sbs4、na3zr2si2po12、nafe2(so4)2po4、na11sn2ps12、na-β″-al2o3中的至少一种;

10、其中,m为ni、co、zn、mg中的至少一种。

11、作为本申请的实施方案,所述第一添加剂、第二添加剂的质量比为(1~20):1。

12、作为本申请的实施方案,所述第二添加剂的平均粒径为200nm~800nm。

13、作为本申请的实施方案,所述碳材料包括硬碳、天然石墨、人造石墨、软碳、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维中的至少一种。

14、作为本申请的实施方案,所述碳材料包括硬碳和软碳,所述硬碳和软碳的质量比为(1.5~9):1。

15、作为本申请的实施方案,所述软碳、添加剂的质量比为(1~5):1。

16、作为本申请的实施方案,所述负极材料的平均粒径为5~18μm,所述负极材料的比表面积为3~12m2/g。

17、作为本申请的实施方案,所述硬碳的平均粒径为5~20μm,所述硬碳的比表面积为4~10m2/g。

18、作为本申请的实施方案,所述软碳的平均粒径为1~5μm,所述软碳的比表面积为1~4m2/g。

19、本申请还提供了一种二次电池,包括负极极片,所述负极极片包括上述所述的负极材料。

20、本申请还提供了一种用电装置,包括上述所述的二次电池。

21、本申请的有益效果在于:本申请将碳材料、第一添加剂进行组合作为负极材料,且负极材料满足0.05≤s1/s≤0.4,能够有效的缩短钠离子扩散距离,促进钠离子、电子的协同传输,同时能够降低钠离子扩散能垒,实现高效钠离子传输,有效地提高碳材料中钠离子传质速率,降低负极材料的阻抗,并降低副反应的发生,提高负极材料的热稳定性和化学稳定性,抑制二次电池在循环过程中形成枝晶,提高二次电池的循环性能。



技术特征:

1.一种负极材料,其特征在于,包括碳材料和添加剂,所述添加剂包括第一添加剂,所述第一添加剂的化学式包括naxy,其中y为非金属元素,1≤x≤3,所述非金属元素包括第ⅴa族、第ⅵa族以及第ⅶa族中的至少一种元素,所述第一添加剂至少部分分布在所述碳材料颗粒内部;

2.根据权利要求1所述的负极材料,其特征在于,所述负极材料满足以下至少一者:

3.根据权利要求1~2任一所述的负极材料,其特征在于,所述添加剂还包括第二添加剂,所述第二添加剂包括na2m2teo6、nasn2(po4)3、na3v2(po4)3、na3ps4、na3sbs4、na3zr2si2po12、nafe2(so4)2po4、na11sn2ps12、na-β″-al2o3中的至少一种;

4.根据权利要求3所述的负极材料,其特征在于,所述第一添加剂、第二添加剂的质量比为(1~20):1;和/或

5.根据权利要求1所述的负极材料,其特征在于,所述碳材料包括硬碳、天然石墨、人造石墨、软碳、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的负极材料,其特征在于,所述碳材料包括硬碳和软碳,所述硬碳和软碳的质量比为(1.5~9):1。

7.根据权利要求6所述的负极材料,其特征在于,所述软碳、添加剂的质量比为(1~5):1。

8.根据权利要求1所述的负极材料,其特征在于,所述负极材料的平均粒径为5~18μm,所述负极材料的比表面积为3~12m2/g。

9.一种二次电池,其特征在于,包括负极极片,所述负极极片包括权利要求1~8任一所述的负极材料。

10.一种用电装置,其特征在于,包括权利要求9所述的二次电池。


技术总结
本申请公开一种负极材料、二次电池和用电装置,属于电池技术领域,包括碳材料和添加剂,添加剂包括第一添加剂,第一添加剂的化学式包括NaxY,其中Y为非金属元素,1≤x≤3,非金属元素包括第ⅤA族、第ⅥA族以及第ⅦA族中的至少一种元素,第一添加剂至少部分分布在碳材料颗粒内部,通过X射线光电子能谱测试,负极材料满足:0.05≤S1/S≤0.4;其中,S1表示在X射线光电子能谱中,碳与非金属元素键所对应的峰的面积,S表示C1s峰对应的峰面积,C1s峰表示与碳相关的峰;本申请将碳材料、第一添加剂进行组合作为负极材料,能够有效的抑制二次电池在循环过程中形成枝晶,提高二次电池的循环性能。

技术研发人员:张博,邓常健
受保护的技术使用者:欣旺达动力科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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