【技术实现步骤摘要】
本公开涉及电化学，尤其涉及一种硅碳复合材料及其制备方法、负极活性材料、负极极片、电化学装置和车辆。
技术介绍
1、随着电子设备、电动汽车的高速发展，各类电子设备对二次电池的快充性能提出越来越高的要求。例如，锂离子电池的快充和续航已然成为衡量电池的重要指标。目前商业化锂离子电池的负极多为石墨材料。然而，随着科技高速发展，石墨材料已经不能满足人们的发展需求(理论容量372mah/g)。并且石墨材料在充放电过程中，锂离子只能通过石墨的端面进行嵌入和脱出，扩散路径长，严重影响锂离子扩散速度，不能满足快充电池的需求。
2、为了提高快充性能，相关技术中，针对负极活性材料的结构和/或组成进行了改进，例如采用含硅材料，但硅在锂化过程中会发生体积膨胀，从而影响锂离子电池的循环性能。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本公开提供了一种硅碳复合材料及其制备方法、负极活性材料、负极极片、电化学装置和车辆，本公开的硅碳复合材料具有更好的循环性能。
2、本公开提供了一种硅碳复合材料，包括石墨材料以及固定于石墨材料间的空隙中的硅碳材料。
3、可选的，硅碳材料为核壳结构，硅碳材料的内核为纳米硅，硅碳材料的外壳为碳层；和/或，硅碳材料为硅碳母粒，硅碳母粒的粒径为1μm～5μm。
4、可选的，石墨材料和硅碳材料两者形成硅碳复合颗粒，硅碳复合颗粒的粒径为10μm～80μm。
5、可选的，硅碳材料中硅元素的质量百分比含量为20％～60％；和/或，硅碳复合材
6、可选的，硅碳复合材料中还包括导电剂，导电剂穿插于硅碳材料和石墨材料之间，用于在硅碳复合材料内部形成导电网络，优选地，硅碳复合材料中导电剂的质量百分比含量为1％～2％；硅碳复合材料中还包括粘结剂，硅碳材料与石墨材料之间、石墨材料之间通过粘合剂连接，硅碳复合颗粒之间通过粘合剂连接，优选地，粘合剂占硅碳复合材料总重量的2％～20％。
7、可选的，导电剂选自碳纳米材料，优选地，碳纳米材料选自零维、一维、二维和三维碳纳米材料中的至少一种；石墨材料包括石墨和类石墨材料中的至少一种，石墨选自人造石墨和天然石墨中的至少一种；类石墨材料选自洋葱状碳微球和mcmb中的至少一种；优选地，石墨材料的粒径为1μm～25μm。
8、可选的，硅碳复合材料的振实密度为0.4～0.6g/cm3，硅碳复合材料的储锂容量为400～2000mah/g。
9、本公开还提供了上述硅碳复合材料的制备方法，至少包括以下步骤：
10、s1、制备硅碳材料；
11、s2、取硅碳材料、石墨材料和导电剂，混合均匀，加入粘结剂前体溶液后继续混合；
12、s3、将混合后的原料在惰性气氛条件下碳化，得到硅碳复合材料。
13、可选的，在s1中，将纳米硅分散于液态碳源中，获得分散液，将分散液在惰性气氛下热解并保温，即得硅碳材料，优选地，液态碳源选自链状烃、环状烃或混合烃；和/或，
14、在s2中，取硅碳材料、石墨材料和导电剂先在湿法造粒机中混合5～10分钟，切割转速为1500～2500rpm，混合转速为120～180rpm；然后加入粘结剂前体溶液再搅拌10～30分钟，切割转速为1500～2500rpm，混合转速为120～180rpm；和/或，
15、在s3中，碳化的温度为600℃～1200℃，碳化的时间为1～3小时。
16、可选的，在s2中，粘结剂前体溶液中溶质的质量百分比浓度为2％～30％，粘结剂前体溶液的添加量为硅碳材料、石墨材料和导电剂总质量的20％～120％；
17、优选的，粘结剂前体溶液选自水性粘结剂或油性粘结剂；优选地，水性粘结剂选自羧甲基纤维素钠水溶液、海藻酸钠水溶液、聚丙烯酸水溶液中的至少一种；优选地，油性粘结剂选自聚偏氟乙烯/n,n-二甲基甲酰胺溶液、沥青-吡啶混合物、沥青-四氢呋喃混合物中的至少一种。
18、本公开还提供了一种负极活性材料，包括上述硅碳复合材料或如上述制备方法制得的硅碳复合材料。
19、本公开还提供了一种负极极片，负极极片中的负极活性材料选自上述负极活性材料。
20、本公开还提供了一种电化学装置，包括正极极片、负极极片和隔离膜，负极极片为上述负极极片。
21、本公开还提供了一种车辆，车辆中包含上述电化学装置。
22、本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
23、在本公开的硅碳复合材料中，硅碳材料固定在石墨材料间的空隙中，也即硅碳材料被石墨材料包裹，从而可有效抑制硅碳材料中的硅在锂化过程中的体积膨胀，其作为锂离子电池的负极材料使用时，能保证电池具有稳定的循环性能。
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1.一种硅碳复合材料，其特征在于，包括石墨材料以及固定于所述石墨材料间的空隙中的硅碳材料。
2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳材料为核壳结构，所述硅碳材料的内核为纳米硅，所述硅碳材料的外壳为碳层；和/或，所述硅碳材料为硅碳母粒，所述硅碳母粒的粒径为1μm～5μm。
3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述石墨材料和所述硅碳材料两者形成硅碳复合颗粒，所述硅碳复合颗粒的粒径为10μm～80μm。
4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳材料中硅元素的质量百分比含量为20％～60％；和/或，
5.根据权利要求3～4任一项所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料中还包括导电剂，所述导电剂穿插于所述硅碳材料和所述石墨材料之间，用于在所述硅碳复合材料内部形成导电网络，优选地，所述硅碳复合材料中所述导电剂的质量百分比含量为1％～2％；
6.根据权利要求5所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述导电剂选自碳纳米材料，优选地，所述碳纳米材料选自零维、一维、二维和三维碳纳米材料中的
7.根据权利要求1～6中任一项所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料的振实密度为0.4～0.6g/cm3，所述硅碳复合材料的储锂容量为400～2000mAh/g。
8.如权利要求5～7任一项所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在S2中，所述粘结剂前体溶液中溶质的质量百分比浓度为2％～30％，所述粘结剂前体溶液的添加量为硅碳材料、石墨材料和导电剂总质量的20％～120％；
11.一种负极活性材料，包括如权利要求1～7任一项所述的硅碳复合材料或如权利要求8～10任一项所述的制备方法制得的硅碳复合材料。
12.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片中的负极活性材料选自如权利要求11所述的负极活性材料。
13.一种电化学装置，包括正极极片、负极极片和隔离膜，其特征在于，所述负极极片为权利要求12所述的负极极片。
14.一种车辆，其特征在于，所述车辆中包含如权利要求13所述的电化学装置。
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合材料，其特征在于，包括石墨材料以及固定于所述石墨材料间的空隙中的硅碳材料。
2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳材料为核壳结构，所述硅碳材料的内核为纳米硅，所述硅碳材料的外壳为碳层；和/或，所述硅碳材料为硅碳母粒，所述硅碳母粒的粒径为1μm～5μm。
3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述石墨材料和所述硅碳材料两者形成硅碳复合颗粒，所述硅碳复合颗粒的粒径为10μm～80μm。
4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳材料中硅元素的质量百分比含量为20％～60％；和/或，
5.根据权利要求3～4任一项所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料中还包括导电剂，所述导电剂穿插于所述硅碳材料和所述石墨材料之间，用于在所述硅碳复合材料内部形成导电网络，优选地，所述硅碳复合材料中所述导电剂的质量百分比含量为1％～2％；
6.根据权利要求5所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述导电剂选自碳纳米材料，优选地，所述碳纳米材料选自零维、一维、二维和三维碳纳米材料中的至少一种；
【专利技术属性】
技术研发人员：宋怀河，张家鹏，李昂，张鹏，李叶晶，屈国莹，
申请(专利权)人：北京车和家信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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