【技术实现步骤摘要】
本申请涉及负极材料，具体地讲，涉及负极材料及其制备方法、电池。
技术介绍
1、硬碳类材料具有较高的储钠比容量、较低的储钠电位，以及优异的循环稳定性，是最具前景的钠离子电池的负极材料。现有的硬碳类材料存在容量低，首效差的问题，虽然可以通过氧化、活化等方法提高硬碳的储钠容量，但氧化和活化会在硬碳内部刻蚀出大量孔洞，孔洞的增加必然会导致材料的压实密度的急剧下降、钠离子电池的首效降低，以及钠离子电池材料能量密度下降。因此，如何使得负极材料兼具高容量、高首效是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本申请提出负极材料及其制备方法、电池，负极材料能够兼具高容量、高首效以及高电导率。
2、第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括碳基体及碳纳米管，至少部分所述碳纳米管穿插于所述碳基体的内部并形成支撑结构；
3、其中，所述负极材料在5t压力下的压实密度≥1.3g/cm3，所述负极材料在20kn压力下的粉末电导率为9.0×103s/m～4.0×104s/m；
4、所述负极材料组装成的扣式电池在0.1v以上电压区间的斜坡区嵌钠容量≥150mah/g。
5、在一些实施方式中，所述碳纳米管的id/ig≤0.5。
6、在一些实施方式中，所述碳基体的id/ig≥1.3。
7、在一些实施方式中，所述碳纳米管包括寡壁碳纳米管、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。
8、在一些实施方式中，所述碳纳米管的管外径尺寸为0.3n
9、在一些实施方式中，所述碳纳米管的平均长度为10nm～10μm。
10、在一些实施方式中，所述碳基体的层间距
11、在一些实施方式中，所述负极材料的体积中值粒径d50为3μm～30μm。
12、在一些实施方式中，所述负极材料的粒径分布指数满足：1.4≤(d90-d10)/d50≤1.6。
13、在一些实施方式中，基于所述负极材料的质量，所述负极材料的灰分为0.005％～0.05％。
14、在一些实施方式中，基于所述负极材料的质量，所述负极材料中钙元素和/或镁元素的质量含量＜6ppm。
15、在一些实施方式中，基于所述负极材料的质量，所述负极材料中铁元素和/或镍元素的质量含量＜3ppm。
16、在一些实施方式中，所述负极材料组装成的扣式电池的首次库伦效率为≥93％，可逆充电比容量≥360mah/g。
17、第二方面，本申请提供一种负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
18、将包括树脂基碳源材料与含功能基团的碳纳米管的混合物进行热处理，粉碎得到前驱体；其中，所述功能基团包括羟基、羧基、醚基、氨基及金属离子中的至少一种；
19、利用等离子体处理过的还原性气流对所述前驱体的表面进行修饰处理，得到复合物；
20、将所述复合物进行碳化处理，得到负极材料。
21、在一些实施方式中，所述树脂基碳源材料包括热固性树脂和热塑性树脂中的至少一种。
22、在一些实施方式中，所述树脂基碳源材料包括环氧树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂和聚氨酯中的至少一种。
23、在一些实施方式中，所述树脂基碳源材料与含功能基团的碳纳米管的质量比为(10～10000)：1。
24、在一些实施方式中，所述热处理的温度为80℃～200℃。
25、在一些实施方式中，所述热处理的时间为10min～600min。
26、在一些实施方式中，基于所述前驱体的质量，所述前驱体的灰分≤0.5％。
27、在一些实施方式中，所述热处理在保护性气氛下进行，所述保护性气氛包括氮气、氩气、氦气、一氧化碳、二氧化碳、空气和氧气中的至少一种。
28、在一些实施方式中，所述含功能基团的碳纳米管包括寡壁碳纳米管、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。
29、在一些实施方式中，所述前驱体的体积中值粒径d50为3μm～30μm。
30、在一些实施方式中，所述还原性气流包括还原性气体，所述还原性气体包括一氧化碳、氢气、硫化氢、甲烷、氯气和一氧化硫中的至少一种。
31、在一些实施方式中，所述还原性气流还包括载气，载气包括氮气、氩气、氦气、二氧化碳中的至少一种。
32、在一些实施方式中，所述还原性气流还包括载气及还原性气体，所述还原性气体与所述载气的体积比为1：(1～100)。
33、在一些实施方式中，所述修饰处理包括第一阶段及第二阶段，第一阶段的温度为20℃～40℃，所述第一阶段的处理时间为10min～120min；所述第二阶段的温度为700℃～800℃，所述第二阶段的处理时间为10min～300min。
34、在一些实施方式中，所述碳化处理的温度为1000℃～1400℃。
35、在一些实施方式中，所述碳化处理的时间为0.5h～4h。
36、在一些实施方式中，所述碳化处理在保护气氛下进行，所述保护气氛包括氦气、氖气、氩气、氮气、氪气及氙气中的至少一种。
37、第三方面，本申请提供一种电池，所述电池包括上述负极材料或上述负极材料的制备方法制备的负极材料。
38、相比于现有技术，本申请的技术方案具有以下有益效果：
39、本申请提供的负极材料，负极材料包括碳基体及碳纳米管，部分碳纳米管穿插于碳基体的内部并形成支撑结构，可以提高负极材料的结构稳定性及整体机械强度，并且穿插在碳基体内的碳纳米管还可以提高碳基体的层间距，使得负极材料内部具有更多的离子扩散路径及更多的钠离子存储位点，碳纳米管良好的导电性能够有利于离子和电子的传输，提升了负极材料的粉末电导率及倍率性能。同时负极材料的压实密度控制在1.3g/cm3以上，负极材料具有较高的压实密度，能够提高负极材料的能量密度，提高负极材料的首次库伦效率，负极材料的斜坡区容量可以达到150mah/g以上。在本申请中，负极材料能够兼具高储钠容量、高首效以及优异的倍率性能。
40、本申请提供的负极材料的制备方法，以树脂基碳源材料为原料，加入具有功能基团的碳纳米管，在热处理过程中，碳纳米管在功能基团的辅助作用下能够快速与树脂内的活性基团发生反应促进树脂基碳源材料的交联并进入树脂内，实现碳纳米管在树脂内的穿插，促进树脂基碳源材料完成由线型-支链结构向体型-网络结构的转变，提高了树脂的交联程度，使得得到的前驱体更加致密，并且碳纳米管穿插进入树脂的网络结构内，可以增强前驱体的稳定性，提高前驱体的粉末电导率及倍率性能。再经过利用等离子体处理过的还原性气流对所述前驱体的表面进行修饰处理，还原性气流能够冲刷前驱体的表面，大幅降低前驱体中的金属杂原子如：钙镁离子。高温赋能后还原性气流的冲击，等离子体对前驱体的刻蚀，有利于祛除碳纳米管中sp3杂化碳，提高碳纳米管sp2杂化碳的比例，起到修饰碳纳米管的作用，使得穿插在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳基体及碳纳米管，至少部分所述碳纳米管穿插于所述碳基体的内部并形成支撑结构；
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述碳纳米管的ID/IG≤0.5；和/或，所述碳基体的ID/IG≥1.3。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：
5.根据权利要求1～4任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料组装成的扣式电池的首次库伦效率为≥93％，可逆充电比容量≥360mAh/g。
6.一种负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳基体及碳纳米管，至少部分所述碳纳米管穿插于所述碳基体的内部并形成支撑结构；
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述碳纳米管的id/ig≤0.5；和/或，所述碳基体的id/ig≥1.3。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：
5.根据权利要求1～4任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料组装成的扣式电池的首次库伦...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜惠博，李少军，周泉竹，陈龙，王俊，李子坤，
申请(专利权)人：深圳贝特瑞钠电新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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