【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及储能领域，具体涉及一种负极活性材料、二次电池和电子装置。
技术介绍
1、随着二次电池市场不断扩大，对二次电池的性能要求也越来越高，相应地对负极活性材料的性能也提出更高的要求。负极活性材料对二次电池的首次库伦效率与循环性能具有明显的影响，而二次电池的首次库伦效率会影响其成本和能量密度，循环性能则直接影响其应用范围，尤其是电动汽车、储能等领域对于循环性能的要求极高。为了满足市场需求，需要开发高的首次库伦效率且具有长循环性能的负极活性材料，以提升二次电池的性能。现有技术改善首次库伦效率及循环性能通常采用选择单颗粒类型与颗粒表层包覆非晶碳两种方式，但这两种方式对负极活性材料的能量密度损失较大。因此，需要提出新的技术方案来同时提高负极活性材料的循环性能和能量密度。
技术实现思路
1、鉴于现有技术存在的上述问题，本申请提供一种负极活性材料及包括该负极活性材料的二次电池，以提高负极活性材料表面sei膜的质量，进而提升二次电池的首次库伦效率和循环性能。
2、在第一方面，本申请提供一种负极活性材料，其包括碳基材料，该碳基材料的颗粒表面包括碱金属元素，碱金属元素包括钠元素和/或钾元素。本申请通过对碳基材料例如石墨材料的表面进行处理，在颗粒表面得到类似于sei膜的有机物质层，一方面，颗粒表面的有机物可以抑制负极活性材料的成膜，减少了活性锂离子的损耗，提高了其首次库伦效率；另一方面，颗粒表面的钠元素和/或钾元素能够提高有机物的电化学稳定性，进而避免负极活性材料颗粒表面的有机物发生副反
3、在一些实施方式中，采用热重测试，在25℃至800℃的温度范围内，该碳基材料的质量损失比为s，s≥0.5％，碳基材料的放热峰峰值为t，300℃≤t≤500℃。常规的石墨材料高温性质稳定，其热重的质量损失比非常小，本申请中的碳基材料颗粒表面由于有机物质层的存在，在热重测试时，碳基材料的质量会发生损失。
4、在一些实施方式中，0.5％≤s≤5％。质量损失比s越大，说明颗粒表面的有机物质含量越高，高的有机物质含量可以有效提升二次电池的首次库伦效率和循环性能。但s过高时，会发生过多的副反应，以及在电化学反应时发生产气及活性锂消耗等不利影响。在一些实施方式中，1％≤s≤3％。
5、碳基材料的颗粒表面的有机物分解温度大概在300℃至500℃，因此其放热峰峰值(质量损失速度峰值)所在温度区间t为300℃至500℃。在一些实施方式中，330℃≤t≤420℃。
6、在一些实施方式中，颗粒表面碱金属元素的原子百分比为x，0.4％≤x≤3.0％。钠元素或钾元素有助于负极活性材料表面sei膜的形成，能够有效地改善sei膜的质量，进而提升二次电池的循环性能，但过多的钠元素或钾元素会使得sei膜过厚，反而不利于循环性能的提升。在一些实施方式中，0.6％≤x≤2.5％。
7、在一些实施方式中，碳基材料的颗粒表面还包括碳元素，颗粒表面碳元素的原子百分比为c1，c1≤96％。在一些实施方式中，90％≤c1≤95％。
8、在一些实施方式中，基于碳基材料的质量，碳基材料中碳元素的质量含量为c，c≥98％。由于碳基材料颗粒表面有机物层含量少，碳基颗粒整体的碳原子质量比重大于98％。在一些实施方式中，98.5％≤c≤99.9％。
9、在一些实施方式中，采用傅里叶红外测试，碳基材料的颗粒表面包含谱图在950cm-1至1200cm-1范围具有吸收峰的物质。傅里叶红外测试谱图中，在950cm-1至1200cm-1范围内的吸收峰代表c、h、o等原子构成的化学键的振动，碳基材料在该范围内具有吸收峰可以进一步说明碳基材料因为表面改性处理的原因，其颗粒本身具有类似于sei膜的成分，因此在首次充放电过程中会减少sei膜的形成，从而提高首次库伦效率。
10、在一些实施方式中，碳基材料的颗粒表面包含具有羟基、羧基、羰基、磺酸基、苯基、碳碳双键或碳碳三键中的至少一种官能团的物质。
11、在一些实施方式中，碳基材料的首次库伦效率ce满足：ce≥93.0％。在一些实施方式中，ce≥94.0％。
12、在一些实施方式中，碳基材料的粒度满足：dv90/dv50≤3.0。dv90/dv50在上述范围内可以保证碳基颗粒分布较窄，避免出现小颗粒与大颗粒过多的情况，进而有利于提升二次电池的循环性能与加工性能。碳基材料中小颗粒数量过多时，会增加副反应，影响二次电池的循环性能；大颗粒数量过多时，会影响加工性能，可能导致负极极片产生凸点等外观不良，严重的还可能导致点状析锂。在一些实施方式中，dv90/dv50≤2.5。
13、在一些实施方式中，碳基材料的比表面积bet满足：0.5m2/g≤bet≤5.5m2/g。bet过大会增加副反应，影响首次库伦效率，bet太小会导致电解液对负极的浸润性变差，进而影响二次电池的动力学性能。在一些实施方式中，1.5m2/g≤bet≤5m2/g。
14、在一些实施方式中，碳基材料的振实密度td满足：td≥0.6g/cm3。td与碳基材料的浆料加工性有关，振实密度过低会导致碳基材料在二次电池制备过程中浆料分散性变差，使得浆料易发生沉降，造成涂布厚度不均匀，从而影响二次电池的电性能。在一些实施方式中，td≥0.8g/cm3。
15、在一些实施方式中，碳基材料的oi值满足：4≤oi≤15。碳基材料的oi值表示其颗粒中晶体的取向度一致性。oi值较大时，意味着其晶体取向度一致性高，锂离子在活性颗粒中的脱嵌方向较为单一，会导致脱嵌锂困难，严重的会导致析锂，从而降低二次电池的循环性能。在一些实施方式中，oi≤8。
16、在一些实施方式中，碳基材料包括石墨。在一些实施方式中，石墨包括天然石墨和人造石墨中的一种或多种。
17、在一些实施方式中，碳基材料的制备方法包括以下步骤：
18、s1：提供石墨复合材料；
19、s2：将石墨复合材料与氧化剂混合后进行氧化处理，得到氧化后的石墨复合材料；
20、s3：将氧化后的石墨复合材料与碱金属的有机盐混合，得到碳基材料。
21、在一些实施方式中，s2中，氧化剂选自过氧化氢溶液、硫酸溶液、硝酸溶液或高锰酸钾中的至少一种。在一些实施方式中，氧化剂为过氧化氢溶液，其中，过氧化氢溶液的浓度为3mol/l至7mol/l。
22、在一些实施方式中，s3中，碱金属的有机盐选自具有羟基、羧基、羰基、磺酸基、苯基、碳碳双键或碳碳三键中的至少一种官能团的有机盐。在一些实施方式中，碱金属的有机盐选自有机酸碱金属盐或有机磺酸碱金属盐中的至少一种。在一些实施方式中，碱金属的有机盐选自苯甲酸钠、苯甲酸钾、对甲苯磺酸钠或草酸钾中的至少一种。
23、在一些实施方式中，s3中，基于氧化后的石墨复合材料的质量，碱金属的有机盐的质量含量为0.5％至3％。
24、在一些实施方式中，提供石墨复合材料包括以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负极活性材料，其包括碳基材料，所述碳基材料的颗粒表面包括碱金属元素，所述碱金属元素包括钠元素和/或钾元素。
2.根据权利要求i所述的负极活性材料，其中，采用热重测试，在25℃至800℃的温度范围内，所述碳基材料的质量损失比为S，S≥0.5％，所述碳基材料的放热峰峰值为T，300℃≤T≤500℃。
3.根据权利要求2所述的负极活性材料，其中，0.5％≤S≤5％；和/或330℃≤T≤420℃。
4.根据权利要求2所述的负极活性材料，其中，1％≤S≤3％。
5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述碳基材料满足如下条件(i)至(iii)中的至少一者：
6.根据权利要求5所述的负极活性材料，其中，所述碳基材料满足如下条件(iv)至(vi)中的至少一者：
7.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，采用傅里叶红外测试，所述碳基材料的颗粒表面包含谱图在950cm-1至1200cm-1范围具有吸收峰的物质；和/或
8.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述碳基材料满足如下条件(vii)至(x
9.根据权利要求8所述的负极活性材料，其中，所述碳基材料满足如下条件(xii)至(xvi)中的至少一者：
10.根据权利要求i所述的负极活性材料，其中，所述碳基材料的制备包括以下步骤：
11.一种二次电池，其包括负极，所述负极包括负极活性材料层，其中所述负极活性材料层包括权利要求1至10中任一项所述的负极活性材料。
12.根据权利要求11所述的二次电池，其中，所述负极的压实密度P满足：1.3g/cm3≤P≤1.8g/cm3；和/或
13.根据权利要求11所述的二次电池，其中，所述负极的压实密度P满足：1.33g/cm3≤CD≤1.68g/em3；和/或
14.一种电子装置，包括权利要求11至13中任一项所述的二次电池。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种负极活性材料，其包括碳基材料，所述碳基材料的颗粒表面包括碱金属元素，所述碱金属元素包括钠元素和/或钾元素。
2.根据权利要求i所述的负极活性材料，其中，采用热重测试，在25℃至800℃的温度范围内，所述碳基材料的质量损失比为s，s≥0.5％，所述碳基材料的放热峰峰值为t，300℃≤t≤500℃。
3.根据权利要求2所述的负极活性材料，其中，0.5％≤s≤5％；和/或330℃≤t≤420℃。
4.根据权利要求2所述的负极活性材料，其中，1％≤s≤3％。
5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述碳基材料满足如下条件(i)至(iii)中的至少一者：
6.根据权利要求5所述的负极活性材料，其中，所述碳基材料满足如下条件(iv)至(vi)中的至少一者：
7.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，采用傅里叶红外测试，所述碳基材料的颗粒表面包含谱图在950cm-1至12...
【专利技术属性】
技术研发人员：金文博，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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