CN109585838A - 硅碳负极材料及其制备方法、动力电池和电动车 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

硅碳负极材料及其制备方法、动力电池和电动车
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。
根据本发明的实施例，形成所述碳功能层包括：将硅锂合金和碳源分散到溶剂中，得到硅碳混合分散液；将所述硅碳混合分散液进行干燥处理，得到固体分散物；将所述固体分散物进行退火处理，得到所述硅碳负极材料。
根据本发明的实施例，将所述硅锂合金和碳源分散到溶剂中包括：将所述硅锂合金分散到第一溶剂中，得到硅锂合金分散液；将所述碳源分散到第二溶剂中，得到碳源分散液；将所述硅锂合金分散液和所述碳源分散液混合，得到所述硅碳混合分散液。
根据本发明的实施例，所述干燥处理包括：将所述硅碳混合分散液进行过滤，并将过滤得到的滤渣进行冷冻干燥。
根据本发明的实施例，所述退火处理是在所述惰性气氛条件下和300℃～1100℃温度范围内下处理4.5h～16h。
根据本发明的实施例，所述退火处理包括：以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至300℃～500℃后保温0.5h～4h；然后以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至700℃～1100℃后保温4h～12h；再以5℃/min～15℃/min的降温速率降温至100℃～300℃后随炉冷却至室温。
根据本发明的实施例，该方法满足以下条件的至少之一：所述碳源包括石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、功能化碳纳米管、碳纤维以及功能化碳纤维中的至少一种；在所述硅锂合金分散液中，所述硅锂合金的质量浓度为2.5g/L～250g/L；所述第一溶剂包括异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯以及二甲苯中的至少一种；在所述碳源分散液中，所述碳源的质量浓度为0.5g/L～60g/L；所述第二溶剂包括异丙醇；所述硅锂合金分散液和所述碳源分散液的体积比为(1～10)：(1～10)。
根据本发明的实施例，该方法包括：将质量比为(0.7～4.4)：1的锂源和硅基体混合，得到硅锂混合物；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，并将得到的产物进行研磨，得到所述硅锂合金，其中，所述硅锂合金为颗粒状粉末，且在至少一个维度上的粒径为50nm～600nm；将所述硅锂合金分散到第一溶剂中，得到硅锂合金分散液，其中，所述硅锂合金的质量浓度为2.5g/L～250g/L，所述第一溶剂包括异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯以及二甲苯中的至少一种；将石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、功能化碳纳米管、碳纤维以及功能化碳纤维中的至少一种分散到异丙醇中，得到碳源分散液，其中，所述碳源的质量浓度为0.5g/L～60g/L；将所述硅锂合金分散液和所述碳源分散液按照体积比为(1～10)：(1～10)的比例混合，得到硅碳混合分散液；将所述硅碳混合分散液进行过滤，并将过滤得到的滤渣进行冷冻干燥，得到固体分散物；将所述固体分散物以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至300℃～500℃后保温0.5h～4h；然后以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至700℃～1100℃后保温4h～12h；再以5℃/min～15℃/min的降温速率降温至100℃～300℃后随炉冷却至室温，以便得到所述硅碳负极材料。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种硅碳负极材料。根据本发明的实施例，该硅碳负极材料是通过前面所述的方法制备的。发明人发现，该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，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，且制备该硅碳负极材料的方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种动力电池。根据本发明的实施例，该动力电池包括：正极；负极，形成所述负极的材料包括权利要求13所述的硅碳负极材料；电池隔膜，所述电池隔膜设置在所述正极和所述负极之间；以及电解液，且所述动力电池组装完成后预先经过放电处理。发明人发现，该动力电池的可逆容量提高，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，且具有前面所述的硅碳负极材料的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种电动车。根据本发明的实施例，该电动车包括前面所述的动力电池。发明人发现，该电动车的动力较强，使用寿命长，且具有前面所述的动力电池的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
附图说明
图1显示了本发明一个实施例的制备硅碳负极材料方法的流程示意图。
图2显示了本发明另一个实施例的制备硅碳负极材料方法的流程示意图。
图3显示了本发明又一个实施例的制备硅碳负极材料方法的流程示意图。
图4显示了本发明再一个实施例的制备硅碳负极材料方法的流程示意图。
图5显示了本发明再一个实施例的制备硅碳负极材料方法的流程示意图。
附图标记：
55：碳功能层 99：膨胀空间 100：硅基体 200：硅锂合金 300：硅碳负极材料
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
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，参照图1和图2，该方法包括以下步骤：
S100：将硅基体100进行锂化处理，得到硅锂合金200(参见图2中的过程I)。
根据本发明的实施例，硅基体100可以采用高纯硅，即纯度不小于99.99％。由此，硅基体100的纯度较高，在进行锂化处理时可以得到性能较好的硅锂合金200，利于后续应用。
根据本发明的实施例，硅基体100在至少一个维度上的粒径在微米级。在本发明的一些实施例中，硅基体100在两个或者三个维度上的粒径均为微米级。由此，制备得到的硅锂合金200性能较好，利于后续应用。
根据本发明的实施例，所述硅锂合金200的宏观形貌可以是颗粒状粉末，该颗粒状粉末的具体形状不受特别限制，可以包括球形、椭圆形、橄榄形、菱形、规则多边形或者不规则多边形等。由此，在后续制备硅碳负极材料的步骤中，硅锂合金200反应的较为充分，利于后续应用。
根据本发明的实施例，得到的硅锂合金200的尺寸可以为纳米级。在本发明的一些实施例中，硅锂合金200在至少一个维度上的粒径为50nm～600nm，具体地，可以为50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm或者600nm等。发明人发现，在本发明较优的实施例中，硅锂合金200的粒径为300nm。由此，硅锂合金200的粒径适中，利于后续反应，使在后续步骤中，可以在其上形成性能较佳的碳功能层，从而进一步提高制备所得的硅碳负极材料各方面的性能。
根据本发明的实施例，本领域技术人员可以理解，锂化处理是在惰性气体保护下，于手套箱中进行的，所述惰性气体可以为氩气。
在本发明一些具体的实施例中，参照图3，前述将硅基体100进行锂化处理，得到硅锂合金200(S100)可以具体包括以下步骤：
S110：将所述硅基体和锂源混合，得到硅锂混合物。
根据本发明的实施例，在将硅基体和锂源混合时，锂源与硅基体的质量比为(0.7～4.4)：1。在本发明的一些实施例中，锂源与硅基体的质量比可以具体为0.7：1、1：1、2：1、3：1、4：1或者4.4：1等。由此，锂源与硅基体之间的比例较佳，如锂源含量过多，可能导致硅锂合金预先膨胀的体积过大，需在硅锂合金表面形成更多的碳功能层；如锂源含量过少，可能导致无法提供足够的膨胀空间，而在上述比例范围内，可以使得硅锂合金中锂的含量适宜，进而使得制备所得硅碳负极材料在放电体积缩小后，再次充电发生膨胀时，硅基体和碳功能层之间可以存在合适的膨胀空间，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，也不会出现形成碳功能层较多导致阻碍锂离子通过的情况，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。
根绝本发明的实施例，锂源的形态可以是金属锂片、锂带、锂线、锂棒、锂箔或者锂粉等。由此材料来源广泛、易得，且成本较低。
S120：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可以具体为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。由此，操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且能够形成性能较好的硅锂合金。
在本发明的一些实施例中，前面所述将所述硅锂混合物加热的温度可以具体为500℃、600℃、700℃、800℃或者900℃等，更进一步地，所述温度可以为750℃。另外，本领域技术人员可以理解，该温度是可以根据硅锂合金中硅和锂的比例进行调节的，在此不再过多赘述。由此，将硅锂混合物熔融的温度适中，既不会过低导致其不能充分反应，也不会过高使副反应过多，硅锂合金的产率较低。
在本发明的一些实施例中，前面所述将所述硅锂混合物保温的时间可以具体为1h、2h、3h或者4h等。由此，反应时间适中，可以保证硅基体和锂源之间的反应充分进行，且提高生产效率。
根据本发明的实施例，熔融可以是将硅锂混合物置于不锈钢坩埚中，并采用电阻加热炉加热来进行的。由此，操作简单、方便，易于生产。
根据本发明的实施例，研磨是在惰性气体的保护下进行的，惰性气体可以是氩气等，其研磨的具体方式可以是常规的研磨方式，只要可以将硅锂合金研磨至进行后续应用即可，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，在研磨之后可以通过标准筛进行筛分处理，得到最佳粒径的硅锂合金，筛分的具体步骤可以为常规筛分的步骤，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，参照图1和图2，在得到硅锂合金200以后，该方法还包括：
S200：在所述硅锂合金200的至少一部分的外表面上形成碳功能层55，以便得到所述硅碳负极材料300(参见图2中的过程II)。
根据本发明的实施例，碳功能层55既可以是在硅锂合金200的至少一部分的外表面上形成，也可以包覆整个硅锂合金200。在本发明的一些实施例中，碳功能层55包覆硅锂合金200(结构示意图参照图2)。由此，由于在整个硅锂合金200的表面上均形成碳功能层55，从而使得制备所得的硅碳负极材料300的可逆容量显著提高，可逆循环性进一步变好，寿命进一步增长，倍率进一步提升，可以进一步实现大倍率的充放电循环。
在本发明一些具体的实施例中，参照图4，前述在所述硅锂合金的至少一部分的外表面上形成碳功能层(S200)可以具体包括以下步骤：
S210：将硅锂合金200和碳源分散到溶剂中，得到硅碳混合分散液。
根据本发明的实施例，碳源可以包括石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、功能化碳纳米管、碳纤维或者功能化碳纤维。由此，材料来源广泛、易得，且成本较低。
在本发明的一些实施例中，进一步地，碳源可以为石墨烯或者氧化石墨烯。由此，相较于采用其他材料作为碳源制备所得的硅碳负极材料，其导电性、循环性和倍率性能均较好。
在本发明的一些实施例中，更进一步地，采用氧化石墨烯作为碳源。由此，相较于采用其他材料作为碳源制备所得的硅碳负极材料，其导电性、循环性和倍率性能均更好，且制备工艺简单、方便，容易实现，易于工业化生产。
根据本发明的实施例，氧化石墨烯可以为单层氧化石墨烯、双层氧化石墨烯、三层氧化石墨烯或者多层氧化石墨烯等；制备氧化石墨烯的方法可以是氧化还原法、溶液剥离法、超声剥离法或者溶剂插层法等。由此，相较于采用其他材料作为碳源制备所得的硅碳负极材料，其导电性、循环性和倍率性能均更好，且制备工艺简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且使用范围广，易于生产。
在本发明的另一些实施例中，参照图5，更进一步地，前述将硅锂合金200和碳源分散到溶剂中(S210)还可以具体包括以下步骤：
S211：将所述硅锂合金分散到第一溶剂中，得到硅锂合金分散液。
根据本发明的实施例，在硅锂合金分散液中，硅锂合金的质量浓度可以为2.5g/L～250g/L。在本发明的一些实施例中，硅锂合金的质量浓度可以为2.5g/L、5g/L、10g/L、20g/L、50g/L、100g/L、140g/L、180g/L、210g/L、250g/L等。由此，硅锂合金分散液中硅锂合金的浓度较佳，利于后续反应。
根据本发明的实施例，第一溶剂可以是异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯、二甲苯、或者以上各种溶剂的混合物。由此，硅锂合金分散液中的硅锂合金分散得更加均匀，利用后续应用。
根据本发明的实施例，在将硅锂合金分散到第一溶剂中，得到硅锂合金分散液后，可以在频率为40Hz～80Hz、功率为0.8kW～3kW的条件下对其进行超声震荡处理0.5h～3h，具体地，频率可以为40Hz、60Hz、80Hz等；功率可以为0.8kW、1.6kW、2.4kW或者3kW等；超声震荡处理的时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h等。由此，硅锂合金分散液更加均匀，利用后续应用。
S212：将所述碳源分散到第二溶剂中，得到碳源分散液。
根据本发明的实施例，在碳源分散液中，碳源的质量浓度可以为0.5g/L～60g/L。在本发明的一些实施例中，碳源分散液中碳源的质量浓度可以为0.5g/L、1g/L、2g/L、5g/L、10g/L、20g/L、40g/L或者60g/L等。由此，碳源分散液中碳源的浓度较佳，利于后续反应。
根据本发明的实施例，第二溶剂可以是异丙醇。由此，碳源分散液中的碳源分散得更加均匀，利用后续应用。
根据本发明的实施例，在将碳源分散到第二溶剂中，得到碳源分散液后，可以进行机械搅拌0.5h～3h，具体地，搅拌时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h等；还可以在频率为40Hz～80Hz、功率为0.8kW～3kW的条件下对其进行超声震荡处理0.5h～3h，具体地，频率可以为40Hz、60Hz、80Hz等；功率可以为0.8kW、1.6kW、2.4kW或者3kW等；超声震荡处理的时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h等。由此，硅锂合金分散液更加均匀，利用后续应用。
S213：将所述硅锂合金分散液和所述碳源分散液混合，得到所述硅碳混合分散液。
根据本发明的实施例，所述硅锂合金分散液和所述碳源分散液的体积比可以为(1～10)：(1～10)。在本发明的一些实施例中，该体积比可以为10：1、5：1、2：1、1：1、1：2、1：5或者1：10等。由此，操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产。
S220：将所述硅碳混合分散液进行干燥处理，得到固体分散物。
根据本发明的实施例，所述干燥处理可以具体为将所述硅碳混合分散液进行过滤，并将过滤得到的滤渣进行冷冻干燥。由此，操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且利于形成硅碳负极材料，形成的硅碳负极材料的产率较高、性能较好。
根据本发明的实施例，冷冻干燥是在真空条件下进行的，冷冻干燥的具体条件、参数可以为常规冷冻干燥的条件、参数，在此不再过多赘述。
S230：将所述固体分散物进行退火处理，得到所述硅碳负极材料。
根据本发明的实施例，所述退火处理是在所述惰性气氛条件下和300℃～1100℃温度范围内下处理4.5h～16h。由此，操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且利于形成硅碳负极材料，形成的硅碳负极材料的产率较高、性能较好。
根据本发明的实施例，惰性气氛可以是氩气，氩气的流量可以为20mL/min～200mL/min，具体地，可以是20mL/min、40mL/min、80mL/min、120mL/min、160mL/min或者200mL/min等。由此，操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产。
根据本发明的实施例，进一步地，所述退火处理包括：以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至300℃～500℃后保温0.5h～4h，具体地，升温速率可以是5℃/min、10℃/min或者15℃/min，可以升温至300℃、400℃或者500℃等后保温0.5h、1h、2h、3h或者4h等；然后以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至700℃～1100℃后保温4h～12h，具体地，升温速率可以是5℃/min、10℃/min或者15℃/min，可以升温至700℃、800℃、900℃、1000℃、或者1100℃等后保温4h、6h、8h、10h或者12h等；再以5℃/min～15℃/min的降温速率降温至100℃～300℃后随炉冷却至室温，具体地，降温速率可以是5℃/min、10℃/min或者15℃/min，可以降温至100℃、200℃或者300℃等后随炉冷却至室温。由此，通过程序升温和程序降温的方式，制备该硅碳负极材料，可以使得反应进行得更加充分、完全，操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且利于形成硅碳负极材料，形成的硅碳负极材料的产率较高、性能较好。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种硅碳负极材料200。根据本发明的实施例，参照图2，该硅碳负极材料200是通过前面所述的方法制备的。发明人发现，该硅碳负极材料200在放电体积缩小(参见图2中的过程III)以后，即使再次充电发生膨胀，硅基体100和碳功能层55之间也存在足够的膨胀空间99，膨胀后的硅基体100不会对碳功能层55产生太大的膨胀力，从而使得硅碳负极材料300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，且制备工艺简单、方便，容易实现，易于工业化生产。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种动力电池。根据本发明的实施例，该动力电池包括：正极；负极，形成所述负极的材料包括前面所述的硅碳负极材料；电池隔膜，所述电池隔膜设置在所述正极和所述负极之间；以及电解液，且所述动力电池组装完成后预先经过放电处理。发明人发现，该动力电池的可逆容量提高，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，且具有前面所述的硅碳负极材料的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，形成负极的材料还可以包括导电炭黑，具体可以为Super-P等；粘结剂，具体可以为PVDF(聚偏氟乙烯)等，前面所述的硅碳负极材料、导电炭黑和粘结剂的质量比可以为(6～8.5)：(0.5～2)：(0.5～1)。具体地，可以是6：2：2、7：1：0.8或者8.5、0.5、1等。由此，上述比例较佳，使得动力电池的性能较好。
根据本发明的实施例，负极的具体制备方式可以是将形成负极的材料混合于溶剂中并搅拌，然后将混合好的浆料涂覆于电极基片上后，将其在40～70℃的真空干燥箱中保温2h～8h，经过成型、压片等步骤后，重新置于40℃～70℃的真空干燥箱中。操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产。
根据本发明的实施例，该动力电池其他结构和部件的形状、构造、制造工艺等均可以为常规的形状、构造、制造工艺，在本发明的一些实施例中，该动力电池可以是锂离子电池。本领域技术人员可以理解，除前面所述的结构和部件以外，该动力电池还包括常规动力电池的结构和部件，在此不再过多赘述。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种电动车。根据本发明的实施例，该电动车包括前面所述的动力电池。发明人发现，该电动车的动力较强，使用寿命长，且具有前面所述的动力电池的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，该电动车的形状、构造、制造工艺等均可以为常规电动车的形状、构造、制造工艺，且本领域技术人员可以理解，除前面所述的动力电池以外，该电动车还包括常规电动车的结构和部件，其结构和部件之间的连接关系也均为常规电动车中各结构和部件之间的连接关系，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，该电动车的种类不受特别限制，例如可以包括但不限于电动汽车、电动自行车、电动摩托车等。
下面详细描述本发明的实施例。本文中的实施例和对比例的测试条件均为采用Celgard2400作为电池隔膜，金属锂片作为对电极，以1M、体积比＝1:1的LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)作为电解液。采用新威尔电池测试系统对组装的半电池进行了恒电流充放电测试(电位范围为0.005V～1.5V)和倍率测试。
实施例1
将质量比为0.78：1的锂源和硅基体混合，得到硅锂混合物；将硅锂混合物加热至750℃后保温1h，然后冷却至室温，并将得到的产物进行研磨，得到颗粒状粉末的硅锂合金(粒径为300nm)；将硅锂合金分散到异丙醇中，得到质量浓度为142g/L的硅锂合金分散液；将氧化石墨烯分散到异丙醇中，得到质量浓度为2g/L碳源分散液；将硅锂合金分散液和碳源分散液按照体积比为1：1的比例混合，得到硅碳混合分散液；将所述硅碳混合分散液进行过滤，并将过滤得到的滤渣进行冷冻干燥，得到固体分散物；将固体分散物以10℃/min的升温速率升温至500℃后保温1h；然后以10℃/min的升温速率升温至800℃后保温4h；再以5℃/min的降温速率降温至300℃后随炉冷却至室温，得到硅碳负极材料。
将该硅碳负极材料组装成半电池，并进行恒电流充放电测试(测试结果见表1)和倍率测试(测试结果见表2)。
实施例2
将质量比为0.9：1的锂源和硅基体混合，得到硅锂混合物；将硅锂混合物加热至850℃后保温1.5h，然后冷却至室温，并将得到的产物进行研磨，得到颗粒状粉末的硅锂合金(粒径为450nm)；将硅锂合金分散到异丙醇中，得到质量浓度为142g/L的硅锂合金分散液；将氧化石墨烯分散到异丙醇中，得到质量浓度为3g/L碳源分散液；将硅锂合金分散液和碳源分散液按照体积比为1：1的比例混合，得到硅碳混合分散液；将所述硅碳混合分散液进行过滤，并将过滤得到的滤渣进行冷冻干燥，得到固体分散物；将固体分散物以10℃/min的升温速率升温至500℃后保温1.5h；然后以10℃/min的升温速率升温至800℃后保温4h；再以5℃/min的降温速率降温至300℃后随炉冷却至室温，得到硅碳负极材料。
将该硅碳负极材料组装成半电池，并进行恒电流充放电测试(测试结果见表1)和倍率测试(测试结果见表2)。
对比例1
将硅基体分散到异丙醇中，得到质量浓度为140g/L的硅基体分散液；将氧化石墨烯分散到异丙醇中，得到质量浓度为2g/L碳源分散液；将体积比为1：1的硅基体和碳源分散液混合，得到硅碳混合分散液；将所述硅碳混合分散液进行过滤，并将过滤得到的滤渣进行冷冻干燥，得到固体分散物；将固体分散物以10℃/min的升温速率升温至500℃后保温1h；然后以10℃/min的升温速率升温至800℃后保温4h；再以5℃/min的降温速率降温至300℃后随炉冷却至室温，得到硅碳负极材料。
将该硅碳负极材料组装成半电池，并进行恒电流充放电测试(测试结果见表1)和倍率测试(测试结果见表2)。
表1实施例1和2、对比例1的恒电流充放电测试结果
表2实施例1和2、对比例1的倍率测试结果
放电倍率 0.1C 0.5C 1C 2C 3C
实施例1 1912m·Ah/g 1825m·Ah/g 1744m·Ah/g 1618m·Ah/g 1477m·Ah/g
实施例2 2643m·Ah/g 2367m·Ah/g 2049m·Ah/g 1711m·Ah/g 1203m·Ah/g
对比例1 1906m·Ah/g 1123m·Ah/g 804m·Ah/g 420m·Ah/g -
由上述实验数据可知，实施例1和2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；而对比例1不采用本发明所述的方法制备的硅碳负极材料，直接在硅基体表面形成碳功能层，其恒电流充放电测试和倍率测试劣于实施例1和2。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制备硅碳负极材料的方法，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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，
任选地，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。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述锂源与所述硅基体的质量比为(0.7～4.4)：1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述碳功能层包括：
将所述硅锂合金和碳源分散到溶剂中，得到硅碳混合分散液；
将所述硅碳混合分散液进行干燥处理，得到固体分散物；
将所述固体分散物进行退火处理，得到所述硅碳负极材料，
任选地，将所述硅锂合金和碳源分散到溶剂中包括：
将所述硅锂合金分散到第一溶剂中，得到硅锂合金分散液；
将所述碳源分散到第二溶剂中，得到碳源分散液；
将所述硅锂合金分散液和所述碳源分散液混合，得到所述硅碳混合分散液，
任选地，所述干燥处理包括：将所述硅碳混合分散液进行过滤，并将过滤得到的滤渣进行冷冻干燥，
任选地，所述退火处理是在所述惰性气氛条件下和300℃～1100℃温度范围内下处理4.5h～16h，
任选地，所述退火处理包括：以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至300℃～500℃后保温0.5h～4h；然后以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至700℃～1100℃后保温4h～12h；再以5℃/min～15℃/min的降温速率降温至100℃～300℃后随炉冷却至室温。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，满足以下条件的至少之一：
所述碳源包括石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、功能化碳纳米管、碳纤维以及功能化碳纤维中的至少一种；
在所述硅锂合金分散液中，所述硅锂合金的质量浓度为2.5g/L～250g/L；
所述第一溶剂包括异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯以及二甲苯中的至少一种；
在所述碳源分散液中，所述碳源的质量浓度为0.5g/L～60g/L；
所述第二溶剂包括异丙醇；
所述硅锂合金分散液和所述碳源分散液的体积比为(1～10)：(1～10)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
将质量比为(0.7～4.4)：1的锂源和硅基体混合，得到硅锂混合物；
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，并将得到的产物进行研磨，得到所述硅锂合金，其中，所述硅锂合金为颗粒状粉末，且在至少一个维度上的粒径为50nm～600nm；
将所述硅锂合金分散到第一溶剂中，得到硅锂合金分散液，其中，所述硅锂合金的质量浓度为2.5g/L～250g/L，所述第一溶剂包括异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯以及二甲苯中的至少一种；
将石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、功能化碳纳米管、碳纤维以及功能化碳纤维中的至少一种分散到异丙醇中，得到碳源分散液，其中，所述碳源的质量浓度为0.5g/L～60g/L；
将所述硅锂合金分散液和所述碳源分散液按照体积比为(1～10)：(1～10)的比例混合，得到硅碳混合分散液；
将所述硅碳混合分散液进行过滤，并将过滤得到的滤渣进行冷冻干燥，得到固体分散物；
将所述固体分散物以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至300℃～500℃后保温0.5h～4h；然后以5℃/min～15℃/min的升温速率升温至700℃～1100℃后保温4h～12h；再以5℃/min～15℃/min的降温速率降温至100℃～300℃后随炉冷却至室温，以便得到所述硅碳负极材料。
8.一种硅碳负极材料，其特征在于，是通过权利要求1～7中任一项所述的方法制备的。
9.一种动力电池，其特征在于，包括：
正极；
负极，形成所述负极的材料包括权利要求8所述的硅碳负极材料；
电池隔膜，所述电池隔膜设置在所述正极和所述负极之间；以及
电解液，
且所述动力电池组装完成后预先经过放电处理。
10.一种电动车，其特征在于，包括权利要求9所述的动力电池。
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