本發(fā)明屬于二次電池，具體涉及一種負(fù)極材料、電化學(xué)裝置及電子裝置。

背景技術(shù)：

1、與傳統(tǒng)的蓄電池相比，鋰離子二次電池具有能量密度高，放電能力強(qiáng)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，儲(chǔ)能效率高，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，已成為電動(dòng)汽車的首選電池，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車，太陽能，風(fēng)能等領(lǐng)域。鋰離子二次電池主要由正極，負(fù)極和電解質(zhì)溶液等組成，其中，負(fù)極材料是決定鋰離子二次電池綜合性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一?，F(xiàn)階段，常用的鋰離子二次電池負(fù)極材料主要有碳材料，硅材料，氧化物負(fù)極材料，金屬及合金負(fù)極材料，復(fù)合負(fù)極材料等。碳材料是已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的鋰離子二次電池負(fù)極材料，然而，其實(shí)際比容量較低，約為300-330mah/g，且倍率放電性能差。在這種背景之下，人們不斷尋找碳材料的替代材料。

2、硅的理論嵌鋰容量較高，可達(dá)4200mah/g。然而，鋰的體積膨脹率較高，在鋰離子不斷脫嵌過程中，硅負(fù)極材料會(huì)產(chǎn)生巨大的體積變化，引發(fā)硅基體的機(jī)械分裂，進(jìn)而導(dǎo)致電極極片變形，開裂，從而逐漸崩塌，粉化，致使鋰離子二次電池的充放電循環(huán)性能較差；且硅的導(dǎo)電性能較差。

3、為解決上述技術(shù)問題，人們嘗試將硅與碳進(jìn)行復(fù)合，制成硅碳復(fù)合材料。相關(guān)技術(shù)大多通過在硅表面包覆碳層來制備硅碳復(fù)合材料，然而，采用這種方式制得的負(fù)極材料制作成的負(fù)極極片的循環(huán)穩(wěn)定性不佳，進(jìn)而導(dǎo)致負(fù)極極片形成的鋰離子二次電池的循環(huán)壽命的提高程度有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文描述了一種負(fù)極材料，該負(fù)極材料包括：

2、碳層；和

3、位于所述碳層至少部分表面的硅層；

4、所述負(fù)極材料的拉曼光譜圖中，在拉曼位移470-490cm-1處具有特征峰，在拉曼位移500-520cm-1處不具有特征峰；

5、所述負(fù)極材料的x射線衍射圖譜中，在2θ為26-29.5°處不具有衍射峰。

6、予以說明的是，2θ是指基于x射線衍射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置的以度計(jì)的峰位置且為衍射圖譜的常見橫坐標(biāo)單位，若在入射光束與某一晶面形成角θ(θ)時(shí)反射被衍射，則以角2θ(2θ)記錄反射的光束。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，峰位置2θ會(huì)顯示一定程度的可變性，通常，多達(dá)0.1-0.2°，視用于測(cè)量衍射的裝置而定。

7、發(fā)明人團(tuán)隊(duì)出人意料地發(fā)現(xiàn)，將具有上述選定特征的負(fù)極材料，制作成負(fù)極極片，該負(fù)極極片能夠形成循環(huán)壽命優(yōu)異的電化學(xué)裝置。

8、相對(duì)于不具備上述特定選定特征的負(fù)極材料而言，具備上述特定選定特征的負(fù)極材料制作成的負(fù)極極片形成的電化學(xué)裝置循環(huán)壽命優(yōu)異。

9、在一些實(shí)施例中，所述負(fù)極材料滿足以下關(guān)系：

10、d≤150nm；優(yōu)選地，d≤15nm，更優(yōu)選地，d≤5nm；

11、其中，d為所述負(fù)極材料的硅域，d為于保護(hù)氣體氣氛下，以5℃/min的升溫速率升溫至900℃，并于900℃溫度下對(duì)該負(fù)極材料退火處理3h，隨后依據(jù)對(duì)經(jīng)退火處理的負(fù)極材料進(jìn)行x射線衍射得到的x射線衍射圖譜，按照以下公式計(jì)算而得：

12、d＝(0.89*0.154)/(fwhm[2θ]/180*3.1415926*0.97)；

13、其中，fwhm[2θ]為對(duì)經(jīng)退火處理的負(fù)極材料進(jìn)行x射線衍射得到的x射線衍射圖譜中2θ為26-29.5°處對(duì)應(yīng)的半峰全寬。

14、就本文的負(fù)極材料而言，對(duì)經(jīng)上述退火處理的負(fù)極材料進(jìn)行x射線衍射得到的x射線衍射圖譜，按照以上公式計(jì)算而得負(fù)極材料的硅域d≤150nm，能夠保證負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)而保證負(fù)極材料形成的負(fù)極極片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)而進(jìn)一步提高負(fù)極材料制作成的負(fù)極極片形成的電化學(xué)裝置的循環(huán)壽命。

15、就本文的負(fù)極材料而言，對(duì)經(jīng)上述退火處理的負(fù)極材料進(jìn)行x射線衍射得到的x射線衍射圖譜，按照以上公式計(jì)算而得負(fù)極材料的硅域d若＞150nm，則會(huì)由于尺寸效應(yīng)，致使其內(nèi)部應(yīng)力過大而造成負(fù)極材料制作成的負(fù)極極片結(jié)構(gòu)破壞。

16、在一些實(shí)施例中，所述負(fù)極材料的比表面積≤20m2/g，優(yōu)選的，該負(fù)極材料的比表面積≤8m2/g。

17、就本文的負(fù)極材料而言，其比表面積≤20m2/g，能夠保證負(fù)極材料表面有限成膜，進(jìn)而保證負(fù)極材料制作成的負(fù)極極片形成的電化學(xué)裝置的首次效率。若負(fù)極材料的比表面積＞20m2/g，則會(huì)造成其表面成膜過多，致使負(fù)極材料制作成負(fù)極極片形成的電化學(xué)裝置的首次效率下降，同時(shí)亦會(huì)增加加工難度。

18、在一些實(shí)施例中，所述負(fù)極材料還包括：包覆于硅層和碳層的外部的表面包覆層。

19、在一些實(shí)施例中，所述表面包覆層包括碳基材料，類石墨烯，二氧化鈦，氧化銅和氧化鋯中的至少一種。

20、在一些實(shí)施例中，所述碳基材料為非晶碳。

21、在一些實(shí)施例中，所述碳基材料中摻雜有雜元素，所述雜元素包括氮元素，磷元素，硫元素和硼元素中的至少一種。就雜元素的含量而言，碳基材料中，雜元素的占比為優(yōu)選為0.1wt％-10wt％，更優(yōu)選1wt％-10wt％。

22、在一些實(shí)施例中，所述類石墨烯中摻雜有雜元素，所述雜元素包括氮元素，磷元素，硫元素和硼元素中的至少一種。就雜元素的含量而言，類石墨烯中，雜元素的占比為優(yōu)選為0.1wt％-10wt％，更優(yōu)選1wt％-10wt％。

23、在一些實(shí)施例中，所述二氧化鈦中摻雜有雜元素，所述雜元素包括氮元素，磷元素，硫元素和硼元素中的至少一種。就雜元素的含量而言，二氧化鈦中，雜元素的占比為優(yōu)選為0.1wt％-10wt％，更優(yōu)選1wt％-10wt％。

24、在一些實(shí)施例中，所述氧化鋯中摻雜有雜元素，所述雜元素包括氮元素，磷元素，硫元素和硼元素中的至少一種。就雜元素的含量而言，氧化鋯中，雜元素的占比為優(yōu)選為0.1wt％-10wt％，更優(yōu)選1wt％-10wt％。

25、需要說明的是，本申請(qǐng)中，“wt％”是指質(zhì)量百分比。

26、本文描述了一種電化學(xué)裝置，其包括負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和位于所述負(fù)極集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)層，所述負(fù)極活性物質(zhì)層包括如上所述的負(fù)極材料。

27、本文描述了一種電子裝置，包含如上所述的電化學(xué)裝置。

技術(shù)特征：

1.一種負(fù)極材料，其特征在于，包括：

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)極材料滿足以下關(guān)系：

3.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)極材料的比表面積≤20m2/g。

4.根據(jù)權(quán)利要求3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≤8m2/g。

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)極材料還包括：包覆于所述碳層和硅層的外部的表面包覆層。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述表面包覆層包括碳基材料，類石墨烯，二氧化鈦，氧化銅和氧化鋯中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述碳基材料中摻雜有雜元素，所述雜元素包括氮元素，磷元素，硫元素和硼元素中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述碳基材料中，雜元素的占比為0.01wt％-10wt％。

9.一種電化學(xué)裝置，其特征在于，包括負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和位于所述負(fù)極集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)層，所述負(fù)極活性物質(zhì)層包括如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的負(fù)極材料。

10.一種電子裝置，其特征在于，包含權(quán)利要求9所述的電化學(xué)裝置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于二次電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)極材料、電化學(xué)裝置及電子裝置，該負(fù)極材料包括：碳層；和位于碳層至少部分表面；該負(fù)極材料的拉曼光譜圖中，在拉曼位移470?490cm<supgt;?1</supgt;處具有特征峰，在拉曼位移500?520cm<supgt;?1</supgt;處不具有特征峰；該負(fù)極材料的X射線衍射圖譜中，在2θ為26?29.5°處不具有衍射峰，具有以上特定選定特征的負(fù)極材料，制作成的負(fù)極極片形成的電化學(xué)裝置的循環(huán)壽命優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：孫中貴,李若楠,孫化雨,王水良
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遠(yuǎn)景動(dòng)力技術(shù)（江蘇）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10