负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池与流程

本申请涉及二次电池，具体涉及一种负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池。

背景技术：

1、随着科技的发展，二次电池的需求越来越大，所以二次电池的技术也得到了大力发展。二次电池的负极材料是电池中构成负极的原料，其主要功能是将正极材料中的活性离子通过电解质输送到负极上并进行储存。现有技术中，常见的负极材料包括硬碳、石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。

2、其中，硬碳材料作为二次电池的负极材料之一，硬碳呈现出扭曲的石墨烯片堆叠结构，其价格低廉，具备丰富的活性基团和天然的孔道，且利于结构调控。但是现有硬碳类的负极材料的表面孔道容易形成sei膜而损耗活性离子，所以如何减少硬碳材料表面sei膜成为了关键问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池，解决硬碳材料表面容易形成sei膜的问题。

2、为实现本申请的目的，本申请提供了如下的技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种负极材料，包括碳基体和预化碳膜，所述预化碳膜包覆于所述碳基体的外表层，所述预化碳膜开设有超微孔道，所述超微孔道用于交换离子。

4、本发明在负极材料中引入具有超微孔道的预化碳膜作为正极离子的专属扩散通道，优化了负极材料的孔道结构，提高了正极离子的扩散性能；并且超微孔道可选择的允许正极离子以及氟离子通过，阻挡了电解质中有机溶剂分子，预化碳膜是利用渗透压和流体静压对超微纳米孔隙诱导的自发预溶解，从而实现高效的正极离子筛分，隔离电解质，定向降低有害的有机sei膜的形成，增加有益的无机sei膜的形成，有效地减少了非活性离子的沉积量，经过优化后的超微孔道有助于减缓材料的容量衰减，极大延长了二次电池的使用寿命；并且，预化碳膜可以算作预离子化膜，在预化碳膜表层生长的sei膜厚度不会过生长变厚。

5、一种实施方式中，所述负极材料还包括sp2碳层，所述预化碳膜包覆于所述碳基体的外表面，所述sp2碳层包覆于所述预化碳膜的外表面。

6、一种实施方式中，所述负极材料还包括sp2碳层，所述sp2碳层包覆于所述碳基体的外表面，所述预化碳膜包覆于所述sp2碳层的外表面。

7、一种实施方式中，所述sp2碳层的致密度大于等于98％。

8、一种实施方式中，所述sp2碳层的厚度为10nm～20nm。

9、一种实施方式中，所述sp2碳层的层间距为0.35nm～0.4nm。

10、一种实施方式中，所述预化碳膜和所述sp2碳层的质量比为(1～5)：1。

11、一种实施方式中，所述碳基体的部分表层改性为sp2杂化碳。

12、一种实施方式中，所述预化碳膜中掺杂有氟离子和钠离子，至少部分所述氟离子和所述钠离子收容在所述超微孔道中。

13、一种实施方式中，所述碳基体包括硬碳。

14、一种实施方式中，所述超微孔道的直径为0.4nm～1.2nm。

15、一种实施方式中，所述超微孔道的容积为0.01cm3/g～0.05cm3/g。

16、一种实施方式中，所述碳基体的粒径d50为2μm～10μm。

17、一种实施方式中，所述预化碳膜的厚度为10nm～100nm。

18、一种实施方式中，所述碳基体和所述预化碳膜的质量比为100：(1～10)。

19、第二方面，本发明提供一种负极材料的制备方法，包括：制备碳基体；将第一碳前驱体与所述碳基体混合，以使所述第一碳前驱体包覆于所述碳基体的外表层，经过热处理后使所述第一碳前驱体转化为预化碳膜，所述预化碳膜开设有超微孔道，所述超微孔道用于交换离子。

20、一种实施方式中，所述制备方法包括：将所述碳基体与第二碳前驱体混合，以使所述第二碳前驱体包覆在所述碳基体的外表面，经过热处理后使所述第二碳前驱体转化为sp2碳层；将包覆有所述sp2碳层的碳基体与所述第一碳前驱体混合，以使所述第一碳前驱体包覆于所述sp2碳层的外表面。

21、第三方面，本发明提供一种负极极片，包括如第一方面各项实施方式所述的负极材料，或前述的负极材料的制备方法制备得到的负极材料。

22、第四方面，本发明提供一种二次电池，包括正极、负极和电解质，所述正极、所述负极设置于所述电解质中，所述负极包括如第三方面所述的负极极片；若采用电解液则还需在正负极间设置隔膜，若采用固态电解质则可以无需隔膜。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，包括碳基体和预化碳膜，所述预化碳膜包覆于所述碳基体的外表层，所述预化碳膜开设有超微孔道，所述超微孔道用于交换离子。

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还包括sp2碳层，所述预化碳膜包覆于所述碳基体的外表面，所述sp2碳层包覆于所述预化碳膜的外表面；或，所述sp2碳层包覆于所述碳基体的外表面，所述预化碳膜包覆于所述sp2碳层的外表面。

3.根据权利要求2所述的负极材料，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述碳基体的部分表层改性为sp2杂化碳。

5.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述预化碳膜中掺杂有氟离子和钠离子，至少部分所述氟离子和所述钠离子收容在所述超微孔道中。

6.根据权利要求1-5任一项所述的负极材料，其特征在于，

7.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

9.一种负极极片，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的负极材料，或权利要求7或8所述的负极材料的制备方法制备得到的负极材料。

10.一种二次电池，其特征在于，包括正极、负极和电解质，所述正极、所述负极设置于所述电解质中，所述负极包括如权利要求9所述的负极极片。

技术总结一种负极材料及其制备方法、负极极片、二次电池，负极材料包括碳基体和预化碳膜，预化碳膜包覆于碳基体的外表层，预化碳膜开设有超微孔道，超微孔道用于交换离子。本发明提供的负极材料有效地减少了非活性离子的沉积量；并且经过优化后的超微孔道有助于减缓材料的容量衰减，极大延长了二次电池的使用寿命。技术研发人员：戴浩文,万远鑫,裴现一男,孔令涌,赖佳宇,华涛,张智飞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：2024/11/18