负极材料及其制备方法、二次电池和用电设备与流程

本发明涉及二次电池，具体而言，涉及一种负极材料及其制备方法、二次电池和用电设备。

背景技术：

1、近年来，锂离子电池技术快速发展并广泛应用于手机，笔记本电脑，电动汽车等领域。然而随着人们生活水平的日益提高，对锂离子电池的快充性能提出了更高的要求，传统的石墨负极材料嵌锂电位较低，在大电流充电时容易生成锂枝晶，有着较大的安全风险。因此，寻找一种新型的超快充负极材料变得尤为关键。钛铌氧化物(tno)由于具有较高的嵌锂平台，可以有效地避免锂枝晶的产生，提升锂离子电池的安全性。同时，tno材料的嵌锂容量较高，能够满足我们对负极的容量要求。然而，该材料仍存在一些问题，电子电导率和离子电导率较低，在充放电过程中极化较大。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种负极材料及其制备方法、二次电池和用电设备，以解决现有技术中tno材料导电能力较差、充放电过程中极化较大的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种负极材料，该负极材料包括：钛铌氧化物和设置在钛铌氧化物表面的包覆层；包覆层包括无定型碳层以及碳纳米管，无定型碳层可选地还含有元素n和/或s。

3、进一步地，无定型碳层的质量为负极材料总质量的0.5～10wt％，优选无定型碳层的质量为负极材料总质量的3～7wt％，碳纳米管的质量为负极材料总质量的0.1～2wt％；优选碳纳米管的质量为负极材料总质量的0.5～1.5wt％；优选碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；优选碳纳米管的直径为0.5～5nm，长度为5～15μm，电阻率为0.01～0.05ω*cm。

4、进一步地，钛铌氧化物的平均粒径为10～500nm，优选包覆层的厚度为5～50nm。

5、进一步地，负极材料的粉体电阻率为0.1～1ω*cm。

6、进一步地，所述钛铌氧化物包括tinb2o7、ti2nb10o29中的至少一种。

7、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种上述负极材料的制备方法，该制备方法包括：步骤s1，将无定型碳的碳源、碳纳米管、钛铌氧化物和聚合氧化剂在溶剂中进行混合，干燥，得到前驱体；步骤s2，在惰性气氛下，将前驱体进行焙烧反应，得到负极材料。

8、进一步地，碳源选自吡咯、苯胺、噻吩中的一种或多种，优选地，溶剂为水；优选地，聚合氧化剂为氯化铁、高锰酸钾、过硫酸铵中的一种或多种。

9、进一步地，钛铌氧化物、碳纳米管的质量比为7:1～20:1；优选钛铌氧化物、碳纳米管的质量比为12:1～17:1；优选钛铌氧化物、碳源的质量比为2:1～30:1；更优选钛铌氧化物、碳源的质量比为2:1～5:1；优选钛铌氧化物、聚合氧化剂的质量比为2:1～1:1。

10、进一步地，焙烧反应的温度为500～800℃，焙烧反应的时间为1～5h。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种二次电池，二次电池包括正极、负极、电解液，该负极包括上述负极材料。

12、根据本发明的又一方面，提供了一种用电设备，包括上述二次电池。

13、应用本发明的技术方案，本申请的负极材料通过在钛铌氧化物表面设置包覆层，包覆层包括无定型碳层以及分散在无定型碳层中的碳纳米管(cnt)，其中cnt作为高电导率材料，可以与无定型碳层组建三维导电网络，从而有效提升负极材料的电导率以及负极材料的动力学性能。同时，由于无定型碳层形成的导电网络不够完整，向其中添加导电性较好的一维材料cnt，有利于导电网络的构建，进而提升负极材料整体的导电性；并且无定型碳层中的碳与cnt会发生相互作用，最终以共价键形式连接，使cnt在负极材料表面包覆更均匀、更稳固，在二者协同作用的基础上，进一步提高负极材料的导电性能。无定型碳层中可选地还含有n和/或s，有利于提高负极材料的电导率。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括：钛铌氧化物和设置在所述钛铌氧化物表面的包覆层；所述包覆层包括无定型碳层以及碳纳米管，所述无定型碳层可选地还含有元素n和/或s。

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足如下特征中的至少一者：

3.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述钛铌氧化物的平均粒径为10～500nm；

4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的粉体电阻率为0.1～1ω*cm。

5.一种权利要求1至4中任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碳源选自吡咯、苯胺、噻吩中的一种或多种；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足如下条件中的至少一者：

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧反应的温度为500～800℃，所述焙烧反应的时间为1～5h。

9.一种二次电池，所述二次电池包括正极、负极、电解液，其特征在于，所述负极包括权利要求1至4中任一项所述的负极材料。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述二次电池。

技术总结
本发明提供了一种负极材料及其制备方法、二次电池和用电设备。该负极材料包括：钛铌氧化物和设置在钛铌氧化物表面的包覆层；包覆层包括无定型碳层以及碳纳米管，无定型碳层可选地还含有元素N和/或S。本发明在钛铌氧化物表面设置包覆层，CNT作为高电导率材料，可以与无定型碳层组建三维导电网络，有效提升负极材料的电导率和负极材料的动力学性能。添加导电性较好的一维材料CNT，有利于导电网络的构建，提升负极材料整体的导电性；无定型碳层中的碳与CNT相互作用，以共价键形式连接，使CNT在负极材料表面包覆更均匀、更稳固，在二者协同作用的基础上，提高负极材料的导电性能。

技术研发人员：汪杨,褚春波
受保护的技术使用者：欣旺达电动汽车电池有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12