本发明专利技术公开了一种硅碳负极材料、硅碳负极、锂离子电池及电动车辆，涉及锂离子电池技术领域。硅碳负极材料包括硅碳负极活性材料、导电剂和粘结剂，导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管。采用导电炭黑和单壁碳纳米管作为导电剂，极大抑制了电极的膨胀，提升了电池电性能。本发明专利技术优选的锂离子电池体系包括负极采用硅碳负极材料，正极采用镍含量≥60％的镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，电解液有机溶剂由氟代碳酸乙烯酯与碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯以一定比例混合，该电池能量密度高、循环性能好。
【技术实现步骤摘要】
硅碳负极材料、硅碳负极、锂离子电池及电动车辆
本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种硅碳负极材料、硅碳负极、锂离子电池及电动车辆。
技术介绍
动力电池技术是制约新能源汽车产业发展的关键因素之一，动力电池能量密度和循环寿命提升是新能源汽车发展的迫切需求。高性能正、负极材料是实现能量密度目标的关键基础。对于高容量高性能材料体系，高比容量、低成本、长寿命的高镍正极材料是目前国内外的研究热点，被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料。当前的负极材料多为石墨材料，在电池理论设计过程中，基本上已经非常充分发挥了其可实现的能量密度，所以当前的石墨负极材料在提升电池能量密度方面已经遇到明显的瓶颈。与石墨负极材料相比，硅基负极材料的能量密度优势明显，石墨的理论能量密度是372mAh/g，而硅负极的理论能量密度超其10倍，高达4200mAh/g。因而硅碳负极的应用，可以大大提升单体电芯的容量。硅碳材料是一种典型的硅基材料，然而硅碳负极材料在充放电过程中体积膨胀约100％～300％，而石墨材料只有10％左右，所以硅碳负极的膨胀收缩会导致负极材料的粉末化，从而严重影响电池的循环稳定性和使用寿命。因此，所期望的是提供一种硅碳负极材料，其能够解决上述问题中的至少一个。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种硅碳负极材料，在硅碳负极材料体系下采用导电炭黑和单壁碳纳米管作为导电剂，极大抑制了电极的膨胀，提升了电池电性能。本专利技术的目的之二在于提供一种硅碳负极，具有与上述硅碳负极材料相同的优势。本专利技术的目的之三在于提供一种锂离子电池，包括正极、上述硅碳负极、隔膜以及电解液，具有与上述硅碳负极相同的优势。本专利技术的目的之四在于一种电动车辆，包括上述锂离子电池。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，提供了一种硅碳负极材料，包括硅碳负极活性材料、导电剂和粘结剂，所述导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述导电炭黑和所述单壁碳纳米管质量比为1-20:1。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述硅碳负极活性材料包括氧化亚硅与石墨；优选地，所述氧化亚硅占所述硅碳负极活性材料的质量百分比为3-30％。优选地，所述硅碳负极活性材料、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为70-99.5:0.1-15:0.1-15。第二方面，提供了一种硅碳负极，包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体上的上述硅碳负极材料。第三方面，提供了一种锂离子电池，包括正极、上述硅碳负极、隔膜以及电解液。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述正极包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体上的正极材料；其中，所述正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂；其中，所述正极活性材料为镍含量在60wt％以上的镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述正极活性材料颗粒为一次颗粒或二次颗粒中的一种或两种，颗粒粒径为5-100μm；优选地，所述正极活性材料、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为70-99.5:0.1-15:0.1-15。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述电解液中的有机溶剂包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯；其中，碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的体积比为10-30:5-20:10-30:35-50。第四方面，提供了一种电动车辆，包括上述锂离子电池。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的锂离子电池硅碳负极材料体系采用导电炭黑和单壁碳纳米管配合使用，使得在硅碳负极颗粒之间形成点-线导电网络，为硅碳负极颗粒之间建立了良好的导电通道，同时这种点-线式的三维导电网络能够包裹、缠绕或束缚电极活性材料，从而抑制了电极的膨胀，大大降低了极片膨胀率，提高了电池循环的稳定性。(2)本专利技术的硅碳负极、锂离子电池具有与上述硅碳负极材料相同的优势。此外，锂离子电池体系在具有上述硅碳负极材料体系的情况下，优选正极材料采用镍含量≥60％的镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂三元正极材料，提升了电池的能量密度，该组合体系可提高电池能量密度至300瓦时/公斤，还优选电解液有机溶剂主要由氟代碳酸乙烯酯与碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯以一定比例混合而成，该电解液能够改善负极SEI膜的形成，进一步提高了电池循环性能。附图说明图1为实施例和对比例得到的锂离子电池进行25℃下的充放电循环测试结果图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。根据本专利技术的第一个方面，提供了一种硅碳负极材料，包括硅碳负极活性材料、导电剂和粘结剂，导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管。硅碳负极活性材料硅碳负极活性材料为不同形态的碳材料来复合硅材料形成的复合材料，对碳材料和硅材料的来源、种类等不作限定。硅材料典型但非限制性的例如为纳米硅、氧化硅、氧化亚硅或含硅合金等，碳材料典型但非限制性的例如为硬碳、软碳、天然石墨、人造石墨或中间相碳微球等。对碳材料和硅材料的含量不作限定，典型但非限制性的硅材料与碳材料的质量比例如可以为1:0.1-100。导电剂负极导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管的组合。导电炭黑(SP)粒径小、比表面积大，对导电炭黑的种类不作限定，典型但非限制性的例如为乙炔黑、SuperP、SuperS、350G或科琴黑等。单壁碳纳米管(SWCNT)是由单层片状石墨卷曲而成，对单壁碳纳米管的种类和尺寸不作限定，可以是未经修饰的单壁碳纳米管，也可以是经过修饰的单壁碳纳米管。粘结剂对粘结剂的种类不作限定，典型但非限制性的负极粘结剂例如为聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、海藻酸钠(ALG)、氟化橡胶或丙烯腈多元共聚物(LA系)中的一种或几种。本专利技术的锂离子电池硅碳负极材料体系采用导电炭黑和单壁碳纳米管配合使用，使得在硅碳负极颗粒之间形成点-线导电网络，为硅碳负极颗粒之间建立了良好的导电通道，这种点-线式的三维导电网络能够包裹、缠绕或束缚电极活性材料，从而抑制了电极的膨胀，降低了极片膨胀率，提高了电池循环的稳定性。在一种优选的实施方案中，导电炭黑和单壁碳纳米管质量比为1-20:1。导电炭黑和单壁碳纳米管的质量比例如可以为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、或20:1。通过控制导电炭黑和单壁碳纳米管的质量比，在降低成本的同时保证形成良好的点-线导电网络。在一种优选的实施方案中，硅碳负极活性材料包括氧化亚硅与石墨；优选地，氧化亚硅占硅碳负极活性材料的质量百分比为3-30％。氧化亚硅占硅碳负极活性材料的质量分数包括但不限于例如3％、5％、10％、20％或30％。优选采用氧化亚硅与石墨复合形成的硅碳负极材料，通过选择碳材料和硅材料，氧化亚硅的理论容量比硅低，石墨对氧化亚硅的电化学性能有较大的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括硅碳负极活性材料、导电剂和粘结剂，所述导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管。
【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括硅碳负极活性材料、导电剂和粘结剂，所述导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管。2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述导电炭黑和所述单壁碳纳米管质量比为1-20:1。3.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极活性材料包括氧化亚硅与石墨；优选地，所述氧化亚硅占所述硅碳负极活性材料的质量百分比为3-30％。4.根据权利要求1-3任一项所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极活性材料、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为70-99.5:0.1-15:0.1-15。5.一种硅碳负极，其特征在于，包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体上的权利要求1-4任一项所述的硅碳负极材料。6.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、权利要求5所述的硅碳负极、隔膜以及电解液。7.根据权利要求6所述的锂离子电...
【专利技术属性】
技术研发人员：范欢欢，孙敏敏，娄忠良，
申请(专利权)人：桑德集团有限公司，桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54
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