[发明专利]硅碳负极材料及其制备方法、动力电池和电动车

说明书

本发明提供了硅碳负极材料及其制备方法、动力电池和电动车。该硅碳负极材料的制备方法包括：将硅基体进行锂化处理，得到硅锂合金；在硅锂合金的至少一部分的外表面上形成碳功能层，得到硅碳负极材料。该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，该方法制备所得的硅碳负极材料在放电体积缩小后，即使再次充电发生膨胀，硅基体和碳功能层之间也存在足够的膨胀空间，膨胀后的硅基体不会对碳功能层产生太大的膨胀力，使得在硅基体表面形成的碳功能层较为完整，也不会出现为实现较好的性能而形成碳功能层较多的情况，从而使得硅碳负极材料的可逆容量提高，可逆循环性显著变好，寿命显著增长，倍率显著提升，可以进行大倍率的充放电循环。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体地，涉及硅碳负极材料及其制备方法、动力电池和电动车。

背景技术

目前随着全球能源的快速更新迭代，新能源产业得到蓬勃发展。具体到国内汽车行业，发展电动车是环境保护和产业升级的必然趋势。最近几年，世界主要汽车生产国纷纷推出燃油车限产倒计时，将发展新能源汽车提到了国家战略层面，并下决心进行新能源技术的研发和大规模产业化布局。因此，新能源及电动车是抢占未来绿色经济发展的重要一环。硅碳材料是用于电动车动力电池负极的关键材料。在相关技术中，硅碳材料常用于制作动力电池的负极，在其用于制作动力电池的负极时，通常也称之为硅碳负极材料。硅碳负极材料在电池充放电过程中伴随着280％的体积膨胀，会严重影响硅碳负极材料的循环性能和倍率性能，从而使得硅碳负极材料在动力电池中的应用受到进一步的限制。目前通常做法是通过将硅纳米化、与活性或非活性物质复合处理、发展针对硅碳负极的电解液、改进粘结剂和改进电极结构等措施来提高硅碳负极材料的性能。然而，直接采用上述方法，硅碳负极材料的循环性能和倍率性能仍然不高。

因而，现有硅碳负极材料的相关技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种操作简单、方便、容易实现、易于工业化生产、即使充电发生膨胀硅基体和碳功能层之间也存在足够的膨胀空间、膨胀后的硅基体不会对碳功能层产生太大的膨胀力、硅基体表面的碳功能层较为完整、可使得硅碳负极材料的可逆容量提高、可逆循环性显著变好、寿命显著增长、倍率显著提升、或者可以进行大倍率的充放电循环的制备硅碳负极材料的方法。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种制备硅碳负极材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将硅基体进行锂化处理，得到硅锂合金；在所述硅锂合金的至少一部分的外表面上形成碳功能层，以便得到所述硅碳负极材料。发明人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且由于该方法首先对硅基体进行锂化处理，在硅基体发生膨胀后才形成碳功能层，且形成核壳结构，因此制备所得的硅碳负极材料在放电体积缩小以后，即使再次充电发生膨胀，硅基体和碳功能层之间也存在足够的膨胀空间，膨胀后的硅基体不会对碳功能层产生太大的膨胀力，使得在硅基体表面形成的碳功能层较为完整，也不会出现为实现较好的性能形成碳功能层较多的情况，从而使得硅碳负极材料的可逆容量提高，可逆循环性显著变好，寿命显著增长，倍率显著提升，可以进行大倍率的充放电循环。

根据本发明的实施例，所述锂化处理包括：将所述硅基体和锂源混合，得到硅锂混合物；将所述硅锂混合物熔融后冷却，并将得到的产物进行研磨，得到所述硅锂合金。

根据本发明的实施例，将所述硅锂混合物熔融后冷却包括：将所述硅锂混合物加热至500℃～900℃后保温0.5h～4h，然后冷却至室温。

根据本发明的实施例，所述锂源与所述硅基体的质量比为(0.7～4.4)：1。

根据本发明的实施例，所述硅锂合金满足以下条件的至少之一：为颗粒状粉末；在至少一个维度上的粒径为50nm～600nm。