CN117334885A - 一种钠离子电池用负极材料及其制备方法和钠离子电池 - Google Patents

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CN117334885A CN202311617528.9A CN202311617528A CN117334885A CN 117334885 A CN117334885 A CN 117334885A CN 202311617528 A CN202311617528 A CN 202311617528A CN 117334885 A CN117334885 A CN 117334885A
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Abstract

本发明提供了一种钠离子电池用负极材料及其制备方法和钠离子电池。所述负极材料包括内核和包覆于所述内核表面的包覆层;所述内核包括碳材料,所述包覆层包括含钛化合物;所述含钛化合物的平均储钠电压平台≥0.4V。本发明提供的负极材料,通过平均储钠电压平台≥0.4V的含钛化合物对碳材料进行包覆,有效地提升了钠离子电池的快充性能和首效。

Description

一种钠离子电池用负极材料及其制备方法和钠离子电池
技术领域
本发明属于钠离子电池技术领域,涉及一种钠离子电池用负极材料及其制备方法和钠离子电池。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高、寿命长、无记忆效应等特点而广泛应用于移动电子设备、电动汽车、无人机等领域。随着使用锂离子电池供电的产品的不断发展和,人们对锂离子电池的能量密度、寿命和快充性能等提出了更高的需求。
然而锂在地球上的储量有限,成本高居不下,会制约锂电池长期应用。而钠离子电池中的主元素钠在地球上储量丰富,其原料之一碳酸钠价格低廉,很有希望在不久的将来替代锂离子电池。钠离子电池常用的负极材料为硬碳材料,但是硬碳材料由于比表面积大,会与电解液反应生成很厚的界面膜,消耗更多的钠离子,降低钠离子电池的首效,同时降低增大电池的内阻从而恶化电池的快充性能;此外硬碳负极材料的电池在大倍率快充时,负极的电位很快会低于0V以下导致析钠,不仅恶化快充寿命,也会带来安全风险。
目前也有采用金属氧化物或钛酸盐负极方案,但氧化物导电性差且存在一定的稳定性问题。此外还有对氧化物进行碳包覆以提高导电性的方案,但均无法有效解决钠电池首效低及快充析钠的问题。
因此,如何提升钠离子电池的快充性能和首效,是亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种钠离子电池用负极材料及其制备方法和钠离子电池。本发明提供的负极材料,通过平均储钠电压平台≥0.4V的含钛化合物对碳材料进行包覆,有效地提升了钠离子电池的快充性能和首效。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种钠离子电池用负极材料,所述负极材料包括内核和包覆于所述内核表面的包覆层;所述内核包括碳材料,所述包覆层包括含钛化合物;所述含钛化合物的平均储钠电压平台≥0.4V,例如0.4V、0.5V、0.6V、0.7V、0.8V、0.9V或1V等。
本发明提供的负极材料,含钛化合物包覆的碳材料,所述含钛化合物的平均储钠电压平台≥0.4V,包覆在碳材料表面,一方面表面含钛化合物的电位比较高,负极材料表面的储钠电位提升后,可以明显抑制金属钠在负极表面的沉积带来的活性钠消耗和刺穿隔膜的风险;另一方面均匀的含钛化合物包覆层降低了碳材料的表面的活性位点,大大降低了电解液和活性钠离子在负极表面的消耗,从而提升了钠离子电池的快充性能和首效。
优选地,所述含钛化合物的平均储钠电压平台≥0.7V,例如0.7V、0.8V、0.9V、1V、1.3V、1.5V、1.8V、2V、2.3V、2.5V、2.8V或3V等。
本发明中,含钛化合物的平均储钠电压平台≥0.7V,更有利于提升含钛化合物包覆的碳材料的电位,更好地抑制负极析钠的发生,极大地提升了钠离子电池的快充循环寿命。
优选地,所述含钛化合物包括Na0.66[Li0.22T0.78]O2、Na0.6[Cr0.6Ti0.4]O2、NaTiOPO4或NaTi2(PO4)3中的任意一种或至少两种的组合。
本发明中,含钛化合物中还包括钠元素,不仅仅起到了保护负极的作用,还可以减少活性钠离子的消耗,进一步提高首效。
优选地,所述含钛化合物的质量为所述负极材料的质量的0.1~10%,例如0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%等。
本发明中,含钛化合物的质量占比过少,无法实现均匀地包覆在碳材料表面,而过多,反倒会因为包覆层太厚,阻碍钠离子的传输,恶化快充性能。
优选地,所述碳材料包括石墨、软碳、硬碳、碳纤维或中间相碳微球中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面,本发明提供一种如第一方面所述的钠离子电池用负极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
将碳材料和含钛化合物直接混合,进行混合包覆;
或,
将碳材料和含钛化合物在负极浆料制备过程中加入,进行液相包覆。
本发明中,含钛化合物包覆碳材料的方法可以为混合包覆,即碳材料与含钛化合物先混合包覆,得到负极材料,负极材料后续在进行负极浆料的制备;也可以在负极制浆过程中,直接将两种物质混合加入,于浆料中进行包覆,本领域技术人员可依据实际需求适应性地选择制备方法。
优选地,所述制备方法为将碳材料和含钛化合物直接混合,进行固相包覆。
本发明中,在材料端直接进行含钛化合物的包覆,可更好地实现钛化合物更均匀地包覆在碳材料表面钛化合物更均匀地包覆在碳材料表面。
具体的包覆方法不做限定,本领域技术人员可获知的材料的包覆手段,本发明均适用,包括但不限于研磨包覆、球磨混合包覆或混合机混合包覆等。
第三方面,本发明还提供一种钠离子电池,所述钠离子电池包括如第一方面所述的负极材料。
本发明提供的钠离子电池,选用第一方面提供的负极材料,其快充性能和首效得到了有效地提升。
本发明提供的钠离子电池,包括正极极片、隔膜、电解液和负极极片;
其中,正极极片的选择为常规技术手段,本领域技术人员可依据实际需求选择钠片作为对电极,也可以选用钠离子正极材料制备得到的正极极片作为正极。
正极极片中包括正极集流体以及活性物质层,活性物质层中包括正极活性物质(如聚阴离子钠离子正极材料、层状氧化物钠离子正极材料等)、导电剂和粘结剂。
负极极片中包括负极集流体和负极活性物质层,负极活性物质层中包括第一方面提供的负极材料、导电剂和粘结剂。
上述物质种类除负极材料外,均为常规技术选择,本领域技术人员可依据实际需求进行适应性地调整和选择。
优选地,所述钠离子电池中的电解液包括有机溶剂、钠盐和第一添加剂。
优选地,所述有机溶剂包括碳酸酯溶剂、氟代碳酸酯溶剂、羧酸酯溶剂、氟代羧酸酯溶剂、醚类溶剂或氟代醚类溶剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述钠盐包括NaPF6、NaFSI、NaTFSI、NaClO4、NaAsF6或NaSbF6中的任意一种或至少两种的组合。
本发明中,钠盐和有机溶剂的选择均为常规技术手段,除上述提供的物质外,适用于钠离子电池的电解液的,本领域技术人员可获知的钠盐种类和有机溶剂种类,本发明均适用。
优选地,所述第一添加剂的成膜电位≥1.2V,例如1.2V、1.3V、1.4V、1.5V、1.6V、1.7V、1.8V、1.9V、2V、2.5V或3V等。
本发明提供的钠离子电池中,电解液中加入成膜电位≥1.2V的第一添加剂,与第一方面的负极材料协同配合,高电位成膜添加剂,可以优先在负极碳材料储钠前形成厚度较薄的富含氟、磷/硼、钠的致密的界面膜,同时可以抑制溶剂在负极表面的还原分解;既有利于钠离子的嵌入脱出,又可以进一步提升钠离子电池的首效。
本发明中,第一添加剂的成膜电位如果小于1.2V,则在碳材料中储钠进行的同时伴随着添加剂的成膜反应,此时尚不稳定的界面膜不利于钠离子的嵌入。
优选地,所述第一添加剂包括二氟草酸硼酸钠、二草酸硼酸钠、四氟草酸磷酸钠或二氟二草酸磷酸钠中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述第一添加剂的质量为所述电解液的质量的0.1~2%,例如0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1%、1.3%、1.5%、1.8%或2%等。
本发明中,第一添加剂的质量过多,反倒会导致在负极表面形成的界面膜过厚从而阻碍钠离子在负极表面的传输;而过少,又不足以在负极表面形成稳定均匀的界面膜。
优选地,所述电解液还包括第二添加剂。
本发明中,第二添加剂为低阻抗添加剂,在第一添加剂的基础上,低阻抗添加剂的加入,可进一步地降低正负极界面阻抗,改善快充性能。
优选地,所述第二添加剂的质量为所述电解液的质量的0.1~2%,例如0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1%、1.3%、1.5%、1.8%或2%等。
优选地,所述第二添加剂包括一氟磷酸钠、二氟磷酸钠、二氟磷酸(三甲基硅基)酯、一氟磷酸二(三甲基硅基)酯、三(三甲基硅)硼酸酯、三(三甲基硅)亚磷酸酯或三(三甲基硅)磷酸酯中的任意一种或至少两种的组合。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的负极材料,含钛化合物包覆的碳材料,所述含钛化合物的平均储钠电压平台≥0.4V,包覆在碳材料表面,一方面表面含钛化合物的电位比较高,负极材料表面的储钠电位提升后,可以明显抑制金属钠在负极表面的沉积带来的活性钠消耗和刺穿隔膜的风险,另一方面均匀的含钛化合物包覆层降低了碳材料的表面的活性位点,大大降低了电解液和活性钠离子在负极表面的消耗;从而提升了钠离子电池的快充性能和首效。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种钠离子电池用负极材料,所述负极材料包括内核和包覆于所述内核表面的包覆层;所述内核包括硬碳,所述包覆层包括含钛化合物Na0.66[Li0.22T0.78]O2;所述含钛化合物的平均储钠电压平台为0.75V;含钛化合物在负极材料中的质量占比为5%。
所述负极材料的制备方法如下:
采用材料端混合包覆的方法,将硬碳与含钛化合物Na0.66[Li0.22T0.78]O2加入球磨珠进行球磨,转速500rpm/min,球磨维持20h,即得到混合包覆的负极材料,其中,含钛化合物在负极材料中的质量占比为5%,得到所述钠离子电池用负极材料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中含钛化合物在负极材料中的质量占比为10%。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
实施例3
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中含钛化合物在负极材料中的质量占比为0.1%。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
实施例4
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中含钛化合物在负极材料中的质量占比为15%。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
实施例5
本实施例与实施例1的包覆层含钛化合物的种类与含量相同;与实施例1的区别为,本实施例中的制备方法为在负极制浆过程中,直接将两种物质混合加入,于浆料中进行包覆,得到负极浆料的同时得到负极材料。
实施例6
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中含钛化合物为Na0.6[Cr0.6Ti0.4]O2,平均储钠电压平台为0.8V。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
实施例7
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中含钛化合物为NaTiOPO4,平均储钠电压平台为1.5V。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
实施例8
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中内核为软碳。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
对比例1
本对比例与实施例1的区别为,本对比例提供的钠离子电池用负极材料中,不含有包覆层,即不含有含钛化合物,负极材料为纯硬碳负极材料,不用进行负极材料的制备,直接用纯硬碳负极材料进行应用例中负极极片的制备即可。
对比例2
本对比例与实施例8的区别为,本对比例提供的钠离子电池用负极材料中,不含有包覆层,即不含有含钛化合物,负极材料为软碳负极材料,不用进行负极材料的制备,直接用纯软碳负极材料进行应用例中负极极片的制备即可。
将实施例1-8与对比例1-2提供的负极材料应用于钠离子电池中,具体如下:
应用例1
本应用例提供一种钠离子电池,所述钠离子电池包括正极极片、隔膜、电解液和负极极片;
所述钠离子电池的制备方法如下:
(1)正极极片制备
正极材料层状氧化物镍铁锰酸钠NaNi0.33Fe0.34Mn0.33O2、粘结剂聚偏氟乙烯、导电炭黑的质量比固定为96:2:2,将正极材料镍铁锰酸钠、粘结剂和导电剂按各自的比例要求进行混合,加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)后搅拌制成正极浆料,所述正极浆料中NMP的质量分数为28%。
将正极浆料均匀涂覆于铝箔上,涂布面密度为30mg/cm2,涂布后的铝箔在室温晾干后转移至120℃烘箱干燥1h,随后进行冷压、切边、裁片、分条后,在110℃真空条件下干燥4h,焊接极耳,制成满足要求的钠离子二次电池的正极。
(2)负极材料及负极极片的制备
将实施例1提供的负极材料、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂丁苯橡胶乳液(SBR)和导电炭黑按照质量比94:1:2:3溶于溶剂去离子水中混合均匀制成负极浆料,所述负极浆料中去离子水的质量分数为46%。
将负极浆料均匀涂布在集流体铜箔上,涂布面密度为14mg/cm2,随后在85℃烘干后进行冷压、切边、裁片、分条,之后在100℃真空条件下干燥4h,焊接极耳,制成满足要求的钠离子二次电池的负极极片。
(3)电解液制备
首先在手套箱中,在PC、EC、DMC和EMC的混合液中缓慢加入钠盐,待容器中温度降到室温后再加入第一添加剂,混合均匀后,制备得到电解液。电解液溶剂中EC、DMC和EMC的质量比为1:1:2:2,钠盐在电解液中的质量分数为14%,第一添加剂为1%的二氟二草酸磷酸钠。
(4)钠离子电池的制备
将上述相应的正极极片、负极极片及隔离膜(PE膜+3um陶瓷涂层)经过卷绕成裸电芯后装入铝塑膜,然后在90℃下烘烤除水后,注入电解液再封口,经过静置、热冷压、化成、排气、分容等工序后,得到钠离子电池。
应用例2~4、6~8
应用例2~4、6~8与应用例1的区别为,负极中的负极材料分别为实施例2~4、6~8中提供的负极材料。
其余结构与制备方法均与应用例1保持一致。
应用例5
与应用例1的包覆层含钛化合物的种类与含量相同;与应用例1的区别为,本应用例中的负极材料的制备方法为在负极制浆过程中,直接将两种物质混合加入,浆料中进行包覆,制备成包含负极材料的负极极片。包含负极材料的负极极片的制备;
将硬碳与含钛化合物Na0.66[Li0.22T0.78]O2一起作为负极材料,含钛化合物在负极材料中的质量占比为5%,将负极材料(包含硬碳与含钛化合物Na0.66[Li0.22T0.78]O2)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂丁苯橡胶乳液(SBR)和导电炭黑按照质量比94:1:2:3溶于溶剂去离子水中混合均匀制成负极浆料,所述负极浆料中去离子水的质量分数为46%。
将负极浆料均匀涂布在集流体铜箔上,涂布面密度为14mg/cm2,随后在85℃烘干后进行冷压、切边、裁片、分条,之后在100℃真空条件下干燥4h,焊接极耳,制成满足要求的钠离子二次电池的负极极片,负极极片中的负极材料即为含钛酸钠化合物包覆的负极材料。
其余结构与制备方法均与应用例1保持一致。
应用例9
本应用例与应用例1的区别为,本应用例的电解液中不包括第一添加剂二氟二草酸磷酸钠。
其余结构与制备方法均与应用例1保持一致。
应用例10
本应用例与应用例1的区别为,本应用例的电解液中的第一添加剂二氟二草酸磷酸钠的质量为2%。
其余结构与制备方法均与应用例1保持一致。
应用例11
本应用例与应用例1的区别为,本应用例的电解液中的第一添加剂二氟二草酸磷酸钠的质量为0.1%。
其余结构与制备方法均与应用例1保持一致。
应用例12
本应用例与应用例1的区别为,本应用例的电解液中的第一添加剂二氟二草酸磷酸钠的质量为3%。
其余结构与制备方法均与应用例1保持一致。
应用例13
本应用例与应用例1的区别为,本应用例的电解液中除了1%的第一添加剂二氟二草酸磷酸钠外,还包括第二添加剂二氟磷酸钠,第二添加剂的加入量在电解液中质量占比为1%。
其余结构与制备方法均与应用例1保持一致。
对比应用例1-2
对比应用例1-2与应用例1的区别为,负极中的负极材料分别为对比例1-2中提供的负极材料。
其余结构与制备方法均与应用例1保持一致。
将应用例1-13与对比应用例1-2提供的钠离子电池进行性能测试,包括有以下性能测试:
首效(首次充放电效率)测试
首次效率测试流程是包含在化成、分容流程中。在25℃下,将钠离子电池静置30分钟,之后以0.3C倍率恒流充电至4.0V,然后在4.0V下恒压充电至0.05C,记录充电至此的总容量为C0;然后静置30分钟,之后以0.3C倍率恒流放放电至1.5V,记录放电至此的总容量为D0
钠离子电池首效(%)=D0/C0
钠离子电池25℃快充循环性能测试
在25℃下,将钠离子电池静置30分钟,之后以3C倍率恒流充电至4.0V,然后在4.0V下恒压充电至0.05C,并静置5分钟,之后以1C倍率恒流放电至1.5V,此为一个充放电循环过程,得到的放电容量为钠离子电池的首次放电容量C1;之后进行500次充放电循环过程,记录第500此循环的放电容量为C500
钠离子电池300次循环后的容量保持率(%)=C500/C1
测试结果如表1所示。
表1
由表1可知:
从应用例1-4的数据结果可知,含钛化合物的质量占比在负极材料中过多,超过10%时,反倒会导致含钛化合物形成的包覆层过厚,钠离子在负极表面嵌入脱出困难,对快充循环和首效不利。
从应用例1与应用例5的数据结果可知,负极浆料中进行含钛化合物对碳材料的包覆,其对首效和快充循环的改善效果稍差,推测此方法形成的包覆层均匀性稍差,包覆多的地方包覆层太厚不利于快充循环,包覆少的地方无法有效抑制副反应的发生。
从应用例1与应用例6~7的数据结果可知,当含钛化合物储钠电压平台越高时,对负极析钠的抑制效果越好,更有利于快充循环的改善。
从应用例1与应用例8的数据结果可知,当负极材料由硬碳调整为软碳时得到了不同性能结果,推测软碳斜坡区容量较高,更有利于钠离子的嵌入,更有利于快充,但是硬碳的层间距较小,不利于容量和首效的发挥。表明本发明提供的负极材料选用不同类型的碳材料时,均可实现快充和首效的提升。
从应用例1与应用例9的数据结果可知,钠离子电池的电解液中不含有第一添加剂时,无法提前在负极表面形成稳定的界面膜,不能实现含钛化合物的包覆层和添加剂形成界面膜的双层保护机制的协同作用,从而相对于应用例1的快充循环和首效的改善效果稍差。
从应用例1与应用例10-12的数据结果可知,电解液中第一添加剂的加入量过多,在负极形成的界面膜太厚,会降低钠离子在负极表面的迁移速率,不利于快充循环和首效的改善。
从应用例1与应用例13的数据结果可知,电解液中再加入第二添加剂,可以进一步降低负极界面膜的阻抗,更有利于钠离子的嵌入脱出,更有利于快充循环的改善。
从应用例1与对比应用例1、应用例8与对比应用例2的数据结果可知,当在负极中加入含钛化合物包覆层后,负极材料表面的储钠电位明显提升,可以明显抑制钠离子电池在快充过程中的析钠行为,明显改善快充寿命,此外均匀的钛酸钠包覆层降低了碳材料的表面的活性位点,大大降低了电解液和活性钠离子在负极表面的消耗;同时可以明显改善首效。
综上所述,本发明提供的负极材料,含钛化合物包覆的碳材料,所述含钛化合物的平均储钠电压平台≥0.4V,包覆在碳材料表面,负极材料表面的储钠电位提升后,可以明显抑制金属钠在负极表面的沉积带来的活性钠消耗和刺穿隔膜的风险;另一方面均匀的钛酸钠包覆层降低了碳材料的表面的活性位点,大大降低了电解液和活性钠离子在负极表面的消耗,从而提升了钠离子电池的快充性能和首效。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钠离子电池用负极材料,其特征在于,所述负极材料包括内核和包覆于所述内核表面的包覆层;所述内核包括碳材料,所述包覆层包括含钛化合物;所述含钛化合物的平均储钠电压平台≥0.4V。
2.根据权利要求1所述的钠离子电池用负极材料,其特征在于,所述含钛化合物的平均储钠电压平台≥0.7V。
3.根据权利要求1所述的钠离子电池用负极材料,其特征在于,所述含钛化合物包括Na0.66[Li0.22T0.78]O2、Na0.6[Cr0.6Ti0.4]O2、NaTiOPO4或NaTi2(PO4)3中的任意一种或至少两种的组合;
所述含钛化合物的质量为所述负极材料的质量的0.1~10%。
4.根据权利要求1所述的钠离子电池用负极材料,其特征在于,所述碳材料包括石墨、软碳、硬碳、碳纤维或中间相碳微球中的任意一种或至少两种的组合。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的钠离子电池用负极材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
将碳材料和含钛化合物直接混合,进行混合包覆;
或,
将碳材料和含钛化合物在负极浆料制备过程中加入,进行液相包覆。
6.根据权利要求5所述的钠离子电池用负极材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法为将碳材料和含钛化合物直接混合,进行固相包覆。
7.一种钠离子电池,其特征在于,所述钠离子电池包括如权利要求1-4任一项所述的负极材料。
8.根据权利要求7所述的钠离子电池,其特征在于,所述钠离子电池中的电解液包括有机溶剂、钠盐和第一添加剂;所述有机溶剂包括碳酸酯溶剂、氟代碳酸酯溶剂、羧酸酯溶剂、氟代羧酸酯溶剂、醚类溶剂或氟代醚类溶剂中的任意一种或至少两种的组合;所述钠盐包括NaPF6、NaFSI、NaTFSI、NaClO4、NaAsF6或NaSbF6中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求8所述的钠离子电池,其特征在于,所述第一添加剂的成膜电位≥1.2V;所述第一添加剂包括二氟草酸硼酸钠、二草酸硼酸钠、四氟草酸磷酸钠或二氟二草酸磷酸钠中的任意一种或至少两种的组合;所述第一添加剂的质量为所述电解液的质量的0.1~2%。
10.根据权利要求8所述的钠离子电池,其特征在于,所述电解液还包括第二添加剂;所述第二添加剂的质量为所述电解液的质量的0.1~2%;所述第二添加剂包括一氟磷酸钠、二氟磷酸钠、二氟磷酸(三甲基硅基)酯、一氟磷酸二(三甲基硅基)酯、三(三甲基硅)硼酸酯、三(三甲基硅)亚磷酸酯或三(三甲基硅)磷酸酯中的任意一种或至少两种的组合。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070034224A (ko) * 2005-09-23 2007-03-28 주식회사 엘지화학 하드카본에 흑연을 코팅하는 방법 및 흑연이 코팅된하드카본
CN113991177A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 天津市捷威动力工业有限公司 一种钠离子电池非水电解液及其应用
CN116154175A (zh) * 2023-04-18 2023-05-23 江苏中兴派能电池有限公司 用于钠离子电池的改性硬碳负极材料及其制备方法
WO2023092894A1 (zh) * 2021-11-29 2023-06-01 蜂巢能源科技股份有限公司 一种硬碳复合材料及其制备方法和应用
CN116387472A (zh) * 2023-02-08 2023-07-04 湖南钠方新能源科技有限责任公司 一种钠离子电池负极浆料、负极片和钠离子电池
CN116454389A (zh) * 2023-05-29 2023-07-18 远景动力技术(江苏)有限公司 一种二次电池电解液及其应用
CN117038975A (zh) * 2023-08-18 2023-11-10 江苏中兴派能电池有限公司 改性硬碳负极材料及其制备方法、负极和钠离子电池

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070034224A (ko) * 2005-09-23 2007-03-28 주식회사 엘지화학 하드카본에 흑연을 코팅하는 방법 및 흑연이 코팅된하드카본
CN113991177A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 天津市捷威动力工业有限公司 一种钠离子电池非水电解液及其应用
WO2023092894A1 (zh) * 2021-11-29 2023-06-01 蜂巢能源科技股份有限公司 一种硬碳复合材料及其制备方法和应用
CN116387472A (zh) * 2023-02-08 2023-07-04 湖南钠方新能源科技有限责任公司 一种钠离子电池负极浆料、负极片和钠离子电池
CN116154175A (zh) * 2023-04-18 2023-05-23 江苏中兴派能电池有限公司 用于钠离子电池的改性硬碳负极材料及其制备方法
CN116454389A (zh) * 2023-05-29 2023-07-18 远景动力技术(江苏)有限公司 一种二次电池电解液及其应用
CN117038975A (zh) * 2023-08-18 2023-11-10 江苏中兴派能电池有限公司 改性硬碳负极材料及其制备方法、负极和钠离子电池

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