本申請涉及負(fù)極材料，具體地講，涉及負(fù)極材料及電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池的快速發(fā)展給人類生活帶來日新月異的變化，作為鋰離子電池的核心組成之一，負(fù)極材料對鋰離子電池的電化學(xué)性能有著重大影響。因此，開發(fā)高性價(jià)比的負(fù)極材料在鋰離子電池研究中具備重要意義。石墨類材料是已取得廣泛應(yīng)用的鋰離子電池負(fù)極材料，但傳統(tǒng)石墨類材料依然存在表面缺陷較多、電解液相容性差等問題，石墨類材料的比表面積較高，導(dǎo)致充放電過程中材料界面不可逆副反應(yīng)嚴(yán)重，造成材料初始庫侖效率偏低、循環(huán)容量持續(xù)衰減，嚴(yán)重阻礙了石墨類負(fù)極材料的進(jìn)一步應(yīng)用。

2、現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)上主要采用表面包覆的方式對石墨進(jìn)行改性，減少電解液和天然石墨的直接接觸，減少副反應(yīng)的發(fā)生。但是常規(guī)瀝青包覆后的石墨類材料，難以實(shí)現(xiàn)對孔體積的精準(zhǔn)調(diào)控，表面包覆后的負(fù)極材料的鋰離子傳輸能力下降，導(dǎo)致石墨類材料的首效降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本申請?zhí)峁┴?fù)極材料及電池，負(fù)極材料能夠綜合改善鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)、首次庫倫效率和循環(huán)性能。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括石墨及位于所述石墨表面和/或內(nèi)部的有機(jī)聚合物材料；

3、所述負(fù)極材料包含金屬元素，所述金屬元素包括鋰、鈉、鉀和鋁元素中的至少一種；以所述負(fù)極材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述金屬元素的質(zhì)量含量為1300ppm～4400ppm；

4、所述負(fù)極材料具有孔，其中孔徑在5nm～35nm范圍的孔在總孔體積中的體積占比為15％～30％。

5、在一些實(shí)施方式中，所述負(fù)極材料中孔徑在5nm以下的孔在總孔體積中的體積占比為2％～10％。

6、在一些實(shí)施方式中，所述負(fù)極材料中孔徑在35nm以上的孔在總孔體積中的體積占比為60％～83％。

7、在一些實(shí)施方式中，所述負(fù)極材料中孔徑在250nm以下的孔的總孔體積為0.005cm3/g～0.02cm3/g。

8、在一些實(shí)施方式中，位于所述石墨表面的所述有機(jī)聚合物材料形成包覆層，所述包覆層的厚度為20nm～200nm。

9、在一些實(shí)施方式中，所述石墨包括人造石墨、天然石墨和微晶石墨中的至少一種。

10、在一些實(shí)施方式中，所述石墨的固定碳含量≥98％。

11、在一些實(shí)施方式中，所述負(fù)極材料包含非金屬元素，所述非金屬元素包括氮、硫、氧、硼和氟中的至少一種。

12、在一些實(shí)施方式中，所述負(fù)極材料的中值粒徑為3μm～25μm。

13、在一些實(shí)施方式中，所述負(fù)極材料在4kn壓力下粉末電導(dǎo)率≤1.35*102s/cm。

14、在一些實(shí)施方式中，所述負(fù)極材料的比表面積為1.2m2/g～3.7m2/g。

15、在一些實(shí)施方式中，所述負(fù)極材料的振實(shí)密度為1.0g/cm3～1.3g/cm3。

16、在一些實(shí)施方式中，在所述負(fù)極材料的拉曼測試圖譜中，負(fù)極材料在1300cm-1-1400cm-1之間具有d峰，在1550cm-1-1600cm-1之間具有g(shù)峰，d峰與g峰的拉曼面積比值id/ig≤0.40。

17、本申請?zhí)峁┮环N電池，所述電池包括上述的負(fù)極材料。

18、本申請的技術(shù)方案至少具有以下有益的效果：

19、本申請?zhí)峁┑呢?fù)極材料，在石墨表面和/或內(nèi)部形成有機(jī)聚合物材料，負(fù)極材料包含金屬元素，金屬元素包括鋰、鈉、鉀、鋁元素中的至少一種，金屬元素總含量在1300ppm-4400ppm范圍內(nèi)，金屬元素的存在不僅能夠增強(qiáng)石墨顆粒內(nèi)和/或石墨顆粒間的導(dǎo)電性，促進(jìn)鋰離子界面?zhèn)鬏?，提升?fù)極材料的首次庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)，部分金屬元素還能與有機(jī)聚合物材料生成類似于金屬-有機(jī)物框架材料的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合物，無機(jī)-有機(jī)復(fù)合物能夠填充在石墨內(nèi)部和/或附著在石墨顆粒表面，進(jìn)而能夠調(diào)節(jié)孔徑在5nm～35nm范圍的孔在總孔體積中的體積占比至15％～30％，石墨表面和/或內(nèi)部的孔隙部分被填充或覆蓋，可以有效減少溶劑化鋰離子與石墨的直接接觸面積，減少負(fù)極材料與電解液的不可逆副反應(yīng)，使負(fù)極材料的固液接觸界面穩(wěn)定性增強(qiáng)，提升了負(fù)極材料的首次庫倫效率。因此，本申請同時(shí)控制金屬元素的質(zhì)量含量及孔體積占比，能夠改善鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)，使負(fù)極材料能夠兼具較優(yōu)的首次庫倫效率和循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料包括石墨及位于所述石墨表面和/或內(nèi)部的有機(jī)聚合物材料；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料滿足以下特征中的至少一種：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極材料，其特征在于，位于所述石墨表面的所述有機(jī)聚合物材料形成包覆層，所述包覆層的厚度為20nm～200nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料滿足以下特征中的至少一者：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料的中值粒徑為3μm～25μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料在4kn壓力下粉末電導(dǎo)率≤1.35*102s/cm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料的比表面積為1.2m2/g～3.7m2/g。

8.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料的振實(shí)密度為1.0g/cm3～1.3g/cm3。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的負(fù)極材料，其特征在于，在所述負(fù)極材料的拉曼測試圖譜中，負(fù)極材料在1300cm-1-1400cm-1之間具有d峰，在1550cm-1-1600cm-1之間具有g(shù)峰，d峰與g峰的拉曼面積比值id/ig≤0.40。

10.一種電池，其特征在于，所述電池包括如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的負(fù)極材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N負(fù)極材料及電池，負(fù)極材料包括石墨及位于所述石墨表面和/或內(nèi)部的有機(jī)聚合物材料；所述負(fù)極材料包含金屬元素，所述金屬元素包括鋰、鈉、鉀和鋁元素中的至少一種；以所述負(fù)極材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述金屬元素的質(zhì)量含量為1300ppm～4400ppm；所述負(fù)極材料具有孔，其中孔徑在5nm～35nm范圍的孔在總孔體積中的體積占比為15％～30％。本申請?zhí)峁┑呢?fù)極材料，能夠綜合改善鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)、首次庫倫效率和循環(huán)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：董行,楊玉梅,周海輝,何鵬,任建國,黃友元,賀雪琴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：貝特瑞新材料集團(tuán)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9