【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电化学储能领域，尤其是涉及一种负极材料及其制备方法、应用所述负极材料的电化学装置及应用所述电化学装置的电子装置。
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。但锂离子电池在低温环境下的性能衰减和续航缩水限制了锂离子电池应用。因此，提高锂离子电池在低温环境下的容量发挥和低温续航能力至关重要。
2、锂离子电池在低温环境下的性能受到锂离子传输速率的影响。通过采用无定形碳包覆石墨，如沥青或树脂，能够提高锂离子电池的快充和低温性能，但需要较高的碳化温度，同时带来能量密度的损失，难以达到同时提高低温性能和能量密度的效果。
技术实现思路
1、本申请提供一种负极材料及其制备方法、电化学装置和电子装置。
2、本申请第一方面提供一种负极材料，包括石墨和位于石墨至少一部分表面的包覆物，包覆物含有碳元素、氧元素、氮元素和金属元素，金属元素包括zn、co、li、zr或al中的至少一种。
3、本申请中，通过将含金属化合物和生物基聚酰胺包覆于石墨表面，形成部分碳化且含有金属掺杂的碳网络，从而得到负极材料，石墨的表面形成含有碳元素、氮元素、氧元素和金属元素的包覆物。生物基聚酰胺含有含氧五元环和酰胺键，在石墨的表面也存在含氧五元环、酰胺键和金属元素，含氧五元环与石墨交联形成曲率碳网络结构(含氧五元环交联于石墨的层间，含氧五元环与石墨层不在一个平面，改变碳网络结构的曲率)，该碳网络结构增强了对锂离子的吸引力，从
4、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，基于负极材料的质量，金属元素的质量占比为0.05％至0.2％。利于减小电化学装置的阻抗，且利于提高负极材料的导电性，以进一步使得电化学装置具有优异的低温性能和能量密度。
5、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，包覆物中含有以下结构片段中的至少一种：
6、
7、上述结构片段中含有含氧五元环、酰胺键、含氮苯环或含氮五元环，其中，上述五元环结构均能够交联在石墨层间，能够改变石墨的碳网络结构的曲率，该碳网络结构会增强对锂离子的吸引力，提高去溶剂化能力，提高电化学装置的低温性能；酰胺键能够提高锂离子的吸附容量，提高电化学装置的能量密度；包覆物中含有的含氮苯环能够提高碳网络结构的电子电导性和结构稳定性，利于提高电化学装置的低温性能。
8、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，在惰性气氛中，负极材料从35℃升温至800℃的失重率为0.15％至0.3％。负极材料的失重率处于特定的范围内，其对应使得负极材料中的包覆物的质量保持在一定的范围内，从而使得负极材料中含有一定量的包覆物，以利于提升电化学装置的低温性能和能量密度。
9、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，基于负极材料的质量，氮元素的质量占比为0.1％至2％。利于提高负极材料的电子电导性；还可在负极材料表面含有一定量的酰胺键，以进一步提高电化学装置的能量密度和低温性能。
10、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，基于负极材料的质量，氧元素的质量占比为0.1％至3％。能够提高负极材料的稳定性，以利于提高电化学装置的循环性能和能量密度。
11、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，基于负极材料的质量，碳元素的质量占比为95％至99％；利于提高负极材料的电导率和循环性能，并使得电化学装置具有较高的能量密度。
12、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，石墨包括人造石墨或天然石墨中的至少一种。人造石墨和天然石墨能够提高负极材料的锂离子传输性能，从而使得电化学装置在具有较高的能量密度的前提下，获得较好的充电性能，甚至获得较好的低温充电性能。
13、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，负极材料的石墨化度为94％至98％。可使得负极材料具有较高的容量和优异的动力学性能，利于提高电化学装置的能量密度；且负极材料的石墨化度在上述范围内，能够充分发挥石墨的性能。
14、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，负极材料的粒径dv50为8μm至15μm；有利于减少负极材料与电解液之间的副反应，以利于电化学装置在具有良好的低温性能的同时还具有良好的能量密度。
15、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，负极材料的振实密度为0.9g/cm3至1.1g/cm3。该范围内的振实密度利于提高负极材料的能量密度，且采用该负极材料制备浆料时，还利于减少粘结剂的使用量，加工性能好。
16、基于第一方面，在一些可能的实施方式中，负极材料的比表面积为0.5m2/g至3m2/g，有利于减少负极材料与电解液之间的副反应，使得电化学装置具有良好的低温性能和能量密度。
17、本申请第二方面还提供一种负极材料的制备方法，将生物质聚酰胺溶解于溶剂中，并加入含金属化合物，搅拌得到包覆浆料，生物质聚酰胺和含金属化合物在同一碳化温度下的残碳质量比为1：(1～5)，含金属化合物中的金属元素包含zn、co、li、zr或al中的至少一种；
18、向石墨中加入包覆浆料，混合均匀，得到中间体；
19、在惰性气氛中，将中间体置于温度为400℃至800℃的碳化温度下，碳化时间为2h至5h，得到负极材料。
20、在上述制备方法中，包覆浆料包覆于石墨上，经过上述碳化过程，包覆浆料均匀地包覆于石墨的表面，部分包覆浆料碳化且形成含有金属掺杂的碳网络，且部分包覆浆料会残留于石墨的表面，使得包覆物中会含有含氧五元环以及酰胺键，从而使得电化学装置在具有良好的低温性能的同时还具有较高的能量密度。
21、基于第二方面，在一些可能的实施方式中，生物质聚酰胺含有以下结构片段中的至少一种：
22、
23、所述结构片段的聚合度n为500～2000。上述结构片段中含有的含氧五元环结构能够与石墨交联，改变石墨的碳网络结构的曲率，增强对锂离子的吸引力，利于锂离子去溶剂化，提高负极材料的低温性能，且还利于金属元素掺杂于含氧五元环结构，提高负极材料的电子电导性，从而提高电化学装置的低温性能和能量密度。
24、基于第二方面，在一些可能的实施方式中，含金属化合物选自以下化合物中的至少一种：c 8h 10n4zn、c24h 12o 13zn4、c4h6n2c o、li3 p o4、l if、c48h24o32zr6、c24h 16o32zr6或c18h 10al3 o 17。含金属化合物在碳化过程中会部分残留于石墨的表面，残留物以及掺杂于碳网络结构中的金属元素不仅能够提高负极材料的电子导电性，且其含金属化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于，包括石墨和位于所述石墨至少一部分表面的包覆物，所述包覆物含有碳元素、氧元素、氮元素和金属元素，所述金属元素包括Zn、Co、Li、Zr或Al中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，基于所述负极材料的质量，所述金属元素的质量占比为0.05％至0.2％。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述包覆物中含有以下结构片段中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，在惰性气氛中，所述负极材料从35℃升温至800℃的失重率为0.15％至0.3％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还满足以下条件中的至少一者：
6.根据权利要求1至4中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还满足以下条件中的至少一者：
7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述生物质聚酰胺含有以下结构片段中的至少一种：
9.
10.一种电化学装置，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的负极材料。
11.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求10所述的电化学装置。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括石墨和位于所述石墨至少一部分表面的包覆物，所述包覆物含有碳元素、氧元素、氮元素和金属元素，所述金属元素包括zn、co、li、zr或al中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，基于所述负极材料的质量，所述金属元素的质量占比为0.05％至0.2％。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述包覆物中含有以下结构片段中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，在惰性气氛中，所述负极材料从35℃升温至800℃的失重率为0.15％至0.3％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还满足以下条件中的至少一者：
6.根据权利要求1至4中任一项所述的负...
【专利技术属性】
技术研发人员：马胜祥，谢远森，董佳丽，
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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