快充型负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池及用电装置与流程

本技术属于电池，具体涉及一种快充型负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池及用电装置。

背景技术：

1、近年来，二次电池被广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。随着二次电池的应用及推广，人们对二次电池快速充电能力的要求越来越高，而负极活性材料作为二次电池的重要组成部分，对二次电池的充电能力有较大影响。目前，石墨是二次电池最常用的负极活性材料之一，但是，常规石墨的快速充电能力已经接近瓶颈，无法满足人们对二次电池更高快速充电能力的要求。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种快充型负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池及用电装置，其能使二次电池在具有高能量密度的前提下，还具有大幅提升的快速充电能力。

2、本技术第一方面提供一种快充型负极活性材料，其中，所述快充型负极活性材料包括碳基材料颗粒、位于所述碳基材料颗粒至少一部分表面的包覆层以及分散于所述包覆层中的铁电材料，所述包覆层包括导电碳材料，至少部分铁电材料凸出于所述包覆层的表面。

3、本技术的负极活性材料能够在含有较少非活性组分的前提下，降低去溶剂化过程的动能势垒，加快锂离子达到碳基材料颗粒表面的速度、降低锂离子嵌入负极的阻力；本技术的负极活性材料还能够增加嵌锂生成物从颗粒表面固相扩散至内部的速率。因此，本技术的负极活性材料具有良好的动力学性能，能够承受大倍率充电，并提升二次电池的快速充电能力，同时不牺牲二次电池高能量密度。

4、在本技术的任意实施方式中，所述包覆层的平均厚度为h nm，所述铁电材料的体积平均粒径dv50为d1 nm，并且所述快充型负极活性材料满足：0.25≤h/d1≤1.1，可选地，0.25≤h/d1≤0.5。由此有利于二次电池同时具有高快速充电能力、高能量密度和良好的循环性能。

5、在本技术的任意实施方式中，所述铁电材料的体积平均粒径dv50为d1 nm，0<d1≤200，可选地，0<d1≤100。由此在相同比表面积时所采用的铁电材料可以更少，从而能够降低二次电池的能量密度损失。

6、在本技术的任意实施方式中，所述包覆层的平均厚度为h nm，20≤h≤100，可选地，20≤h≤50。由此二次电池能够同时具有高快速充电能力、高能量密度和高循环容量保持率。

7、在本技术的任意实施方式中，所述铁电材料与所述碳基材料颗粒的质量比为α1，α1为(0.5～10):100，可选地为(1～3):100。由此有利于二次电池同时具有高快速充电能力和高能量密度。

8、在本技术的任意实施方式中，所述包覆层与所述碳基材料颗粒的质量比为α2，α2为(2～10):100，可选地为(2～5):100。由此有利于负极活性材料具有高快速充电能力的同时还具有高克容量、高首次库伦效率和高压实密度。

9、在本技术的任意实施方式中，所述铁电材料与所述碳基材料颗粒的质量比为α1，所述包覆层与所述碳基材料颗粒的质量比为α2，α1:α2为1:6至4:1，可选地为1:4至2:1。由此有利于二次电池能够同时具有高快速充电能力、高能量密度和高循环容量保持率。

10、在本技术的任意实施方式中，所述包覆层的石墨化度为45％至80％。

11、在本技术的任意实施方式中，所述包覆层中的导电碳材料包括无定形碳，可选地包括硬碳。由此能进一步提高二次电池的快速充电能力。

12、在本技术的任意实施方式中，所述碳基材料颗粒的石墨化度为88％至96％。

13、在本技术的任意实施方式中，所述碳基材料颗粒的体积平均粒径dv50为d2μm，5≤d2≤20，可选地，8≤d2≤15。由此能使二次电池具有更高的快速充电能力。

14、在本技术的任意实施方式中，所述碳基材料颗粒的形貌为一次颗粒、二次颗粒或其组合，可选地，在所述二次颗粒形貌的碳基材料颗粒中，所述一次颗粒的体积平均粒径dv50与其所组成的二次颗粒的体积平均粒径dv50的比值为0.2至0.5。由此有利于碳基材料颗粒在具有良好的离子传输和电子传输性能的同时还具有较高的结构稳定性。

15、在本技术的任意实施方式中，所述碳基材料颗粒包括选自石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的一种或多种的组合，可选地选自石墨。由此能使二次电池具有高能量密度和高循环稳定性。

16、在本技术的任意实施方式中，所述铁电材料的介电常数为100以上，可选地为100至100000。由此能够更好地降低去溶剂化过程的动能势垒，提高二次电池的快速充电能力。

17、在本技术的任意实施方式中，所述铁电材料的居里温度为80℃以上。由此能够更好地降低去溶剂化过程的动能势垒，提高二次电池的快速充电能力。

18、在本技术的任意实施方式中，所述铁电材料包括选自钙钛矿结构氧化物、钨青铜型化合物、铋氧化物型层状结构化合物、铌酸锂和钽酸锂中的一种或多种的组合。

19、在本技术的任意实施方式中，所述快充型负极活性材料的体积平均粒径dv50为5μm至20μm，可选地为8μm至15μm。由此有利于负极活性材料具有更好的离子传输和电子传输性能以及快速充电性能。

20、在本技术的任意实施方式中，所述快充型负极活性材料的比表面积为0.8m2/g至1.3m2/g，可选地为0.9m2/g至1.2m2/g。由此能使二次电池具有更高的快速充电能力。

21、在本技术的任意实施方式中，所述快充型负极活性材料在20000n作用力下的粉体压实密度为1.5g/cm3至1.9g/cm3，可选地为1.5g/cm3至1.7g/cm3。由此能使二次电池具有较高的能量密度和改善的循环性能。

22、本技术第二方面提供一种快充型负极活性材料的制备方法，包括步骤：s10，提供碳基材料颗粒、碳源和铁电材料，可选地，所述碳源包括选自沥青、树脂、生物质材料中的一种或多种的组合；s20，将所述碳基材料颗粒、所述碳源和所述铁电材料均匀混合，经碳化烧结处理在所述碳基材料颗粒至少一部分表面形成包括导电碳材料的包覆层，其中，所述铁电材料分散于所述包覆层中并且至少部分铁电材料凸出于所述包覆层的表面。

23、在本技术的任意实施方式中，s20中的碳化烧结温度为700℃至1800℃，可选地为1000℃至1300℃。

24、在本技术的任意实施方式中，s20中的碳化烧结时间为1h至15h，可选地为6h至14h。

25、在本技术的任意实施方式中，所述碳基材料颗粒通过以下方法制备：s101，提供焦粉末，将所述焦粉末放入反应容器中；s102，对所述焦粉末进行石墨化处理，得到碳基材料颗粒。

26、本技术第三方面提供一种负极极片，包括负极集流体以及设置在所述负极集流体至少一个表面上的负极膜层，其中，所述负极膜层包括本技术第一方面的快充型负极活性材料或通过本技术第二方面的方法制备的快充型负极活性材料。

27、本技术第四方面提供一种二次电池，包括本技术第三方面的负极极片。

28、本技术第五方面提供一种用电装置，包括本技术第四方面的二次电池。

29、本技术提供的快充型负极活性材料具有良好的动力学性能，能够承受大倍率充电，并提升二次电池的快速充电能力，同时不牺牲二次电池高能量密度。本技术的用电装置包括本技术提供的二次电池，因而至少具有与所述二次电池相同的优势。

技术特征：

1.一种快充型负极活性材料，其中，所述快充型负极活性材料包括碳基材料颗粒、位于所述碳基材料颗粒至少一部分表面的包覆层以及分散于所述包覆层中的铁电材料，所述包覆层包括导电碳材料，至少部分铁电材料凸出于所述包覆层的表面，

2.根据权利要求1所述的快充型负极活性材料，其中，所述包覆层的平均厚度为h nm，所述铁电材料的体积平均粒径dv50为d1 nm，并且所述快充型负极活性材料满足：0.25≤h/d1≤1.1，可选地，0.25≤h/d1≤0.5。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的快充型负极活性材料，其中，

4.根据权利要求1-3中任一项所述的快充型负极活性材料，其中，

5.根据权利要求1-4中任一项所述的快充型负极活性材料，其中，所述铁电材料与所述碳基材料颗粒的质量比为α1，所述包覆层与所述碳基材料颗粒的质量比为α2，α1:α2为1:6至4:1，可选地为1:4至2:1。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的快充型负极活性材料，其中，

7.根据权利要求1-6中任一项所述的快充型负极活性材料，8≤d2≤15。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的快充型负极活性材料，其中，所述碳基材料颗粒的形貌为一次颗粒、二次颗粒或其组合，

9.根据权利要求1-8中任一项所述的快充型负极活性材料，其中，

10.根据权利要求1-9中任一项所述的快充型负极活性材料，其中，

11.根据权利要求1-10中任一项所述的快充型负极活性材料，其中，所述快充型负极活性材料满足如下条件(1)至(3)中的至少一者：

12.一种快充型负极活性材料的制备方法，包括步骤：

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

14.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，其中，所述碳基材料颗粒通过以下方法制备：

15.一种负极极片，包括负极集流体以及设置在所述负极集流体至少一个表面上的负极膜层，其中，所述负极膜层包括权利要求1-11中任一项所述的快充型负极活性材料或通过权利要求12-14中任一项所述的方法制备的快充型负极活性材料。

16.一种二次电池，包括权利要求15所述的负极极片。

17.一种用电装置，包括权利要求16所述的二次电池。

技术总结
本申请提供一种快充型负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池及用电装置。所述快充型负极活性材料包括碳基材料颗粒、位于所述碳基材料颗粒至少一部分表面的包覆层以及分散于所述包覆层中的铁电材料，所述包覆层包括导电碳材料，至少部分铁电材料凸出于所述包覆层的表面。本申请提供的快充型负极活性材料具有良好的动力学性能，能够承受大倍率充电，并提升二次电池的快速充电能力，同时不牺牲二次电池高能量密度。

技术研发人员：吴益扬,白文龙,叶永煌,武宝珍,吴凯
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5