【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电化学，特别是涉及一种负极材料及其制备方法、电化学装置以及电子装置。
技术介绍
1、锂离子电池作为一种新型高能绿色电池，被广泛地应用于笔记本电脑、移动电话和新能源电动车等领域。但随着锂离子电池的渗透率越来越高，各种设备的续航焦虑一直是限制锂离子电池应用的一个瓶颈，因此，提高锂离子电池的能量密度和快速充电能力至关重要。通常，提高能量密度往往带来对快速充电能力负面的影响，而提高快速充电能力也会带来能量密度的损失，二者不可兼得。
2、为了解决上述问题，需要同时提高负极材料（例如石墨）的克容量和倍率性能，但常规包覆较难达成上述结果。因此，需要提供一种进行包覆的负极材料，能够使锂离子电池同时兼顾高能量密度和高快充性能。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种负极材料及其制备方法、电化学装置以及电子装置，以提高电化学装置的能量密度和快充性能。具体技术方案如下：
2、本申请的第一方面提供了一种负极材料，其包括石墨和位于石墨至少一部分表面的包覆物，负极材料在13c固态核磁谱图中存在150ppm至172ppm的特征峰；负极材料在红外光谱图中存在1600cm-1至1700cm-1的特征峰。负极材料包括表面包覆石墨，包覆物源自在石墨表面原位聚合的超分子聚合物，再经过低温碳化，得到表面包覆石墨。上述表面包覆石墨通过超分子聚合物经过低温碳化，可保留其氮摻杂的碳骨架结构，有效提高石墨表面的电子电导率；另一方面，石墨表面存在酰胺键和/或亚胺键可提高锂离子的吸附容量，使得表面
3、在本申请的一种实施方案中，包覆物具有碳氧双键，且至少部分包覆物上具有碳氮双键。包覆物满足上述特征，经过低温碳化得到的表面包覆石墨能够保留其氮摻杂的碳骨架结构，进一步提高石墨表面的电子电导率；同时，表面包覆石墨还具有较高的锂离子的吸附容量，使其具有较高的克容量及较高的倍率性能，将上述表面包覆石墨应用于电化学装置中，能够进一步提高电化学装置的能量密度和快充性能。
4、在本申请的一种实施方案中，包覆物包括以下结构式中的至少一种：
5、。
6、包覆物包括上述结构式，上述结构式包括碳氧双键和/或碳氮双键，经过低温碳化得到的表面包覆石墨能够保留其氮摻杂的碳骨架结构，进一步提高石墨表面的电子电导率；同时，表面包覆石墨还具有较高的锂离子的吸附容量，使其具有较高的克容量及较高的倍率性能，将上述表面包覆石墨应用于电化学装置中，能够进一步提高电化学装置的能量密度和快充性能。
7、在本申请的一种实施方案中，包覆物的前驱体包括含有苯环的羧酸化合物和含氮化合物，含氮化合物包括环状含氮杂环化合物或直链含氮化合物中的至少一种，含有苯环的羧酸化合物包括均苯四酸、均苯三酸、苯六酸、苯丙二酸、联苯二甲酸或对苯二甲酸中的至少一种，环状含氮杂环化合物包括三聚氰胺、咪唑、2-甲基咪唑、吡咯、吡啶或苯并咪唑中的至少一种，直链含氮化合物包括二异氰酸酯、聚丙烯腈、丙烯腈或尿素中的至少一种。基于石墨的总质量，负极材料中包覆物的质量百分含量为0.5%至2%。包覆物源自包覆物的前驱体的混合碳化产物，选用上述包覆物的前驱体，以及调控负极材料中包覆物的质量百分含量在本申请范围内，经过低温碳化得到的表面包覆石墨能够保留其氮摻杂的碳骨架结构，进一步提高石墨表面的电子电导率；同时，石墨表面存在酰胺键和/或亚胺键可进一步提高锂离子的吸附容量，使得表面包覆石墨同时具有较高的克容量及较高的倍率性能，并且负极材料中包覆物具有合适的质量百分含量，将上述表面包覆石墨应用于电化学装置中，能够进一步提高电化学装置的能量密度和快充性能。
8、在本申请的一种实施方案中，负极材料在质谱图分析中，在500℃至550℃之间存在n2ch2分子碎片。负极材料的质谱图分析满足上述特征，表明负极材料含有上述式i-2结构片段；同时，负极材料具有氮摻杂的碳骨架结构，能够进一步提高石墨表面的电子电导率；将上述负极材料应用于电化学装置中，能够进一步提高电化学装置的快充性能。
9、在本申请的一种实施方案中，负极材料在惰性气氛中从35℃至800℃的失重率为0.1%至0.3%。通过调控负极材料在惰性气氛中从35℃至800℃的失重率在本申请范围内，可使负极材料表面的包覆物经过一定温度的碳化后，形成较为稳定有效的包覆层结构，将上述负极材料应用于电化学装置中，能够进一步提高电化学装置的能量密度和快充性能。
10、在本申请的一种实施方案中，负极材料的石墨化度为93%至95%。通过调控负极材料的石墨化度在本申请范围内，负极材料具有较高的石墨化度，负极材料具有较高的克容量和较高的锂离子扩散系数，将上述负极材料应用于电化学装置中，能够进一步提高电化学装置的能量密度和快充性能。
11、在本申请的一种实施方案中，负极材料满足下述条件中的至少一种：（1）负极材料的比表面积ssa为1m2/g至3m2/g；（2）负极材料的dv50为12μm至16μm；（3）负极材料的振实密度td为0.95g/cm3至1.05g/cm3。
12、在本申请的一种实施方案中，石墨包括人造石墨或天然石墨中的至少一种。选用上述石墨，石墨具有较高的电子电导率、锂离子传输速率以及克容量，经表面包覆后得到的表面包覆石墨具有更高的克容量及更高的倍率性能，能够进一步提高电化学装置的能量密度和快充性能。
13、本申请的第二方面提供了一种前述任一实施方案中的负极材料的制备方法，其包括以下步骤：
14、（1）将包覆物的前驱体溶解在溶液中，随后与石墨混合均匀，使得包覆物至少位于石墨的一部分表面，得到浆料；包覆物的前驱体包括含有苯环的羧酸化合物和含氮化合物，含氮化合物包括环状含氮杂环化合物或直链含氮化合物中的至少一种，含有苯环的羧酸化合物包括均苯四酸、均苯三酸、苯六酸、苯丙二酸、联苯二甲酸或对苯二甲酸中的至少一种，环状含氮杂环化合物包括三聚氰胺、咪唑、2-甲基咪唑、吡咯、吡啶或苯并咪唑中的至少一种，直链含氮化合物包括二异氰酸酯、聚丙烯腈、丙烯腈或尿素中的至少一种；
15、（2）将浆料在80℃至120℃条件下静置12h至24h后，进行抽滤、水洗后干燥，得到粉料；
16、（3）将粉料在惰性气氛中以750℃至850℃进行热处理，保温2h至5h，得到负极材料，负极材料中包覆物占石墨的质量百分含量为0.5%至2%。
17、采用上述方法制备负极材料，且选用本申请的包覆物的前驱体，包覆物源自在石墨表面原位聚合的超分子聚合物，再经过低温碳化，得到表面包覆石墨。上述表面包覆石墨通过超分子聚合物经过低温碳化，可保留其氮摻杂的碳骨架结构，能够进一步提高石墨表面的电子电导率；另一方面，石墨表面存在酰胺键和/或亚胺键可提高锂离子的吸附容量，使得表面包覆石墨同时具有较高的克容量及较高的倍率性能。将上述表面包覆石墨应用于电化学装置中，能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负极材料，其包括石墨和位于所述石墨至少一部分表面的包覆物，所述负极材料在13C固态核磁谱图中存在150ppm至172ppm的特征峰；所述负极材料在红外光谱图中存在1600cm-1至1700cm-1的特征峰。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述包覆物具有碳氧双键，且至少部分所述包覆物上具有碳氮双键。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述包覆物包括以下结构式中的至少一种：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其中，所述负极材料在质谱图分析中，在500℃至550℃之间存在N2CH2分子碎片。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其中，所述负极材料在惰性气氛中从35℃至800℃的失重率为0.1%至0.3%。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其中，所述负极材料满足下述条件中的至少一者：
7.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其中，所述石墨包括人造石墨或天然石墨中的至少一种。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的负极材料的制备方法，其包括以下
9.一种电化学装置，其包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于所述负极集流体至少一个表面上的负极材料层，所述负极材料层包括权利要求1至7中任一项所述的负极材料或权利要求8所述的制备方法制备的负极材料。
10.一种电子装置，其包括权利要求9所述的电化学装置。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其包括石墨和位于所述石墨至少一部分表面的包覆物，所述负极材料在13c固态核磁谱图中存在150ppm至172ppm的特征峰；所述负极材料在红外光谱图中存在1600cm-1至1700cm-1的特征峰。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述包覆物具有碳氧双键，且至少部分所述包覆物上具有碳氮双键。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述包覆物包括以下结构式中的至少一种：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其中，所述负极材料在质谱图分析中，在500℃至550℃之间存在n2ch2分子碎片。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其中，所述负极材料在惰性...
【专利技术属性】
技术研发人员：马胜祥，
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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