CN108963187A - 硅碳负极、其制备方法、锂离子电池及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅碳负极、其制备方法、锂离子电池及电动车辆，涉及锂离子电池硅碳负极技术领域。硅碳负极包括负极集流体以及依次设置于负极集流体表面的涂层和硅碳负极材料层；涂层包括：中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂，中间相沥青、石墨烯和粘结剂的质量比为20‑50:40‑65:1.5‑10。本发明的硅碳负极集流体上涂覆包括中间相沥青、石墨烯和粘结剂的涂层，可提高硅碳负极导电性、散热性，提高锂离子电池的循环性能、安全性及大电流充放电能力，粘结剂优选水系PVDF，与负极材料粘结剂水系PVDF协同，增强涂层与负极材料层间的粘结力，进一步提高循环性能。

Description

硅碳负极、其制备方法、锂离子电池及电动车辆
技术领域
本发明涉及锂离子电池硅碳负极技术领域，具体而言，涉及一种硅碳负极、其制备方法、锂离子电池及电动车辆。
背景技术
锂离子电池能量密度的提高对负极材料提出了更高的要求，目前石墨负极理论容量的发挥已经达95％以上，应用已接近其理论极限。与石墨负极相比，硅基负极材料能量密度优势明显，理论比容量可高达4200mAh/g，并且由于其储量丰富、嵌锂电位低等优点，成为负极材料研究与应用的热点。
但是，硅基负极材料在实际应用中存在很多问题亟待解决，主要表现为：
1、硅在嵌脱锂过程中体积效应大，高的体积膨胀率使得硅颗粒在循环过程中粉化严重，容量衰减迅速；
2、硅为半导体，导电性能比石墨负极差很多，极大影响了硅基体系锂电池的首次库伦效率及大电流充放电能力。
硅碳复合材料作为一种典型的硅基负极材料，也具有上述问题。
因此，所期望的是提供一种硅碳负极，其能够解决上述问题中的至少一个。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种硅碳负极，负极集流体上涂覆有主要由中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂组成的涂层，该涂层可提高硅碳负极导电性和散热性，从而提高锂离子电池的循环性能、安全性及大电流充放电能力。
本发明的目的之二在于提供一种上述硅碳负极的制备方法，将涂层材料和负极材料制成浆料进行涂覆，操作简单，便于生产。
本发明的目的之三在于提供一种锂离子电池，包括上述硅碳负极或上述硅碳负极的制备方法制备得到的硅碳负极。
本发明的目的之四在于一种电动车辆，包括上述锂离子电池。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种硅碳负极，包括负极集流体以及依次设置于所述负极集流体表面的涂层和硅碳负极材料层；
所述涂层包括中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂，所述中间相沥青、所述石墨烯和所述涂层粘结剂的质量比为20-50:40-65:1.5-10。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述中间相沥青、所述石墨烯和所述涂层粘结剂的质量比为30-40:45-55:2-8；
优选地，所述中间相沥青、所述石墨烯和所述涂层粘结剂的质量比为30-35:50-55:3-6。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述硅碳负极材料层包括：硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂，所述导电剂包括导电炭黑和单壁碳纳米管，所述导电炭黑和所述单壁碳纳米管质量比为1-20:1，优选为5-15:1。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述涂层粘结剂和所述负极材料粘结剂均独立地包括水系PVDF。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述硅碳负极活性材料采用氧化亚硅与石墨复合而成，其中，氧化亚硅占硅碳负极活性材料的质量比为5-25％。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂的质量比为70-99.5:0.1-15:0.1-15。
第二方面，提供了一种上述硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：
在负极集流体上先涂覆涂层浆料，干燥后再涂覆硅碳负极材料浆料，得到硅碳负极；
涂层浆料通过将中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂溶解或分散在溶剂中得到；硅碳负极材料浆料通过将硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂溶解或分散在溶剂中得到。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：
(a)提供涂层浆料和负极材料浆料：将中间相沥青、石墨烯和水系PVDF按质量比20-50:40-65:1.5-10溶解或分散在溶剂中，得到涂层浆料；将硅碳负极活性材料、导电剂和水系PVDF按质量比70-99.5:0.1-15:0.1-15溶解或分散在溶剂中，得到负极材料浆料；导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管的组合，导电炭黑和单壁碳纳米管质量比为1-20:1；
(b)先将涂层浆料均匀涂覆在负极集流体上，干燥除去溶剂，形成涂层，再将负极材料浆料涂覆在已涂覆有涂层的负极集流体上，干燥除去溶剂，得到硅碳负极。
第三方面，提供了一种锂离子电池，包括上述硅碳负极或上述硅碳负极的制备方法制备得到的硅碳负极。
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，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明锂离子电池硅碳负极集流体上设有涂层，该涂层主要由一定比例的涂层粘结剂、中间相沥青及石墨烯组成，熔融相沥青作为碳材料，可以完全浸渍在石墨烯空隙及集流体箔片上，熔融相沥青和石墨烯协同增大硅碳负极的导电能力；同时也可以发挥石墨烯良好的散热能力，提高集流体的散热能力。该高导电性涂层提高了硅碳负极锂电池的循环性能、安全性及大电流充放电能力。
此外，在锂离子电池硅碳负极材料体系中，导电剂优选采用导电炭黑与单壁碳纳米管点线结合的方式，可在电极中构建良好的导电网络，发挥高倍率特性；其中SWCNT良好的导热性能有利于电池充放电时散热，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的寿命；此外，粘结剂优选水系PVDF，能与负极材料粘结剂水系PVDF起到协同作用，可以用来增强电极活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的电子接触，协同CNT线状网络结构的作用，可更好地稳定极片的结构，对硅碳负极的体积膨胀起到更好的缓冲作用，进一步提高了锂离子电池的循环性及大倍率放电性能。
(2)本发明硅碳负极的制备方法将涂层材料和负极材料制成浆料进行涂覆，操作简单，便于生产。
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发明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发明，而不应视为限制本发明的范围。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。
根据本发明的一个方面，提供了一种硅碳负极，包括负极集流体以及依次设置于负极集流体表面的涂层和硅碳负极材料层；涂层主要由中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂组成，中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂的质量比为20-50:40-65:1.5-10；硅碳负极材料层主要由硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂组成。
负极集流体典型但非限制性的例如可以为铜箔，负极集流体的厚度优选为5-30μm。
负极集流体上涂覆有涂层，涂层的组成包括中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂，中间相沥青、石墨烯和粘结剂的质量比为20-50:40-65:1.5-10。
石墨烯涂覆负极集流体上可有效降低电池内阻，提高导电性及散热性。
中间相沥青(又称中间熔融相沥青，mesophase pitch，简称MP)是一种由相对分子质量为370～2000的多种扁盘状稠环芳烃组成的混合物，又叫液晶相沥青。一般物质若以晶体状态存在则呈现光学各向异性，以液体状态存在则呈现光学各向同性；但是，有一类物质在从晶体转变为液体过程(或逆过程)的中间阶段，呈现出一种光学各向异性的混浊流体状态，既是液体形态同时又具有晶体光学各向异性特征，结晶学中称之为液晶，物相学中则称之为中间相。
涂层粘结剂起到粘结作用，典型但非限制性的涂层粘结剂例如为水系聚偏氟乙烯(PVDF)。
中间相沥青、石墨烯和粘结剂的质量比典型但非限制性的例如为20:40:1.5、20:65:5、20:60:10、30:65:5、30:40:1.5、30:60:10、40:40:1.5、50:65:5或50:60:10等。
通过使用中间相沥青，对石墨烯及集流体箔片完全浸渍，形成包覆C，中间相沥青、石墨烯和粘结剂以一定比例形成的涂层起到高导电性、高散热性。
硅碳负极材料层是由硅碳负极材料形成的，包括硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂。
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。
对导电剂不作限定，可以采用本领域技术人员公知的负极导电剂，导电剂典型但非限制性的例如为碳纳米管(CNT)、石墨烯、导电石墨、导电碳黑、科琴黑ECP或碳纤维(VGCF)中一种或几种。
对负极材料粘结剂的种类不作限定，典型但非限制性的负极材料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、丙烯腈多元共聚物(LA系)或水系聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或几种。
本发明锂离子电池硅碳负极集流体上设有涂层，该涂层主要由一定比例的粘结剂、中间相沥青及石墨烯组成，熔融相沥青对石墨烯及集流体箔片完全浸渍，该涂层可提高硅碳负极导电性，并且石墨烯还可以充分发挥其良好的散热性，提高集流体的散热能力。该高导电性涂层提高了硅碳负极锂电池的循环性能、安全性及大电流充放电能力。
优选地，中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂的质量比为30-40:45-55:2-8；
进一步优选地，中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂的质量比为30-35:50-55:3-6。
通过优化中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂三者的比例，能够进一步提高涂层的导电性，形成更高导电性和高散热性的硅碳负极。
在一种优选的实施方式中，导电剂包括导电炭黑和单壁碳纳米管，导电炭黑和单壁碳纳米管质量比为1-20:1，优选为5-15:1。
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、Super P、Super S、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。
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，线型单壁碳纳米管导电剂能够起到束缚电极材料膨胀的作用，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式中，涂层粘结剂和负极材料粘结剂均独立地包括水系PVDF。
负极材料粘结剂水系PVDF与涂覆在集流体上的水系PVDF协同作用，使得涂层与负极材料层间的粘结力，进一步提高了锂离子电池的循环性及大倍率放电性能。
在一种优选的实施方式中，硅碳负极活性材料采用氧化亚硅与石墨复合而成，其中，氧化亚硅占硅碳负极活性材料的质量比为5-25％。
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5％、10％、15％、20％或25％。
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改善，并调节氧化亚硅含量，材料表现出较高的比容量、低的体积膨胀以及良好的电化学循环稳定性。
在一种优选的实施方式中，硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂的质量比为70-99.5:0.1-15:0.1-15。
硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂的质量比典型但非限制性的例如为70:15:15、80:10:10、90:5:5或99.5:0.25:0.25等。
锂离子电池负极材料中含有特定比例的导电剂和粘结剂，有利于制作极片时活性物质能够很好地附着在集流体上，提高电极的充放电效率。调整导电剂和粘结剂含量，进一步提高了活性物质的含量。
根据本发明的第二个方面，提供了一种上述硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：
在负极集流体上先涂覆涂层浆料，干燥后再涂覆硅碳负极材料浆料，得到硅碳负极；涂层浆料主要由质量比的中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂溶解或分散在溶剂中得到；硅碳负极材料浆料主要由硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂溶解或分散在溶剂中得到。
对涂层浆料的中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂的描述以及对硅碳负极材料浆料的硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂的描述与第一方面中的对应描述相同，在此不再赘述。
优选的溶剂为水或者N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。
制成浆料后将浆料涂覆在集流体上，溶剂挥发后，涂层材料和硅碳负极材料固定于负极集流体上。
优选地，涂层浆料和硅碳负极材料浆料的粘度均独立地为3000～7000mPa·s，粘度可以通过调节粘结剂含量去调节。
对匀浆的方式不作限定，优选通过干法或湿法工艺匀浆，得到浆料，然后均匀涂覆在负极集流体上，干燥方式优选烘干，优选烘干后进行辊压、模切后得到硅碳负极。
本发明硅碳负极的制备方法将涂层材料和负极材料制成浆料进行涂覆，操作简单，便于生产。
优选地，一种典型的硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：
(a)提供涂层浆料和负极材料浆料：将中间相沥青、石墨烯和水系PVDF按质量比20-50:40-65:1.5-10溶解或分散在溶剂中，得到涂层浆料；将硅碳负极活性材料、导电剂和水系PVDF按质量比70-99.5:0.1-15:0.1-15溶解或分散在溶剂中，得到负极材料浆料；硅碳负极活性材料采用氧化亚硅与石墨复合而成，氧化亚硅占硅碳负极活性材料的质量比为5-25％；导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管的组合，导电炭黑和单壁碳纳米管质量比为1-20:1；
(b)先将涂层浆料均匀涂覆在负极集流体上，干燥除去溶剂，形成涂层，再将负极材料浆料均匀涂覆在已涂覆有涂层的负极集流体上，干燥、辊压和模切后得到硅碳负极。
根据本发明的第三个方面，提供了一种锂离子电池，包括上述硅碳负极或上述硅碳负极的制备方法制备得到的硅碳负极。
锂离子电池包括正极、上述硅碳负极或上述硅碳负极的制备方法制备得到的硅碳负极、隔膜以及电解液。
锂离子电池可以为本领域技术人员所熟知的各种形状的电池，例如可以为圆形、方形等形状的电池。
在本发明实施方式的硅碳负极具有导电性好、循环性能好的效果，在使用本发明实施方式的硅碳负极的锂离子电池也可以获得相同的效果。
根据本发明的第四个方面，提供了一种电动车辆，包括上述锂离子电池。
电动车辆是依靠锂离子电池作为驱动电源运行的电动车辆，并且可以是除了锂离子电池之外还装备有其他驱动源的汽车(包括混合动力车)。
在使用本发明实施方式的锂离子电池的电动车辆也可以获得相同的效果。
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施例和对比例对本发明方法和效果做进一步详细的说明。下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。
实施例1
一种硅碳负极，包括负极集流体铜箔以及依次设置于负极集流体铜箔表面的涂层和硅碳负极材料层；
涂层由质量比为30:65:5的中间相沥青、石墨烯和水系聚偏氟乙烯组成；硅碳负极材料层由质量比为95.4:1.1:3.5的硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂组成，硅碳负极活性材料采用SiO与石墨复合而成，SiO质量占比8％，导电剂为导电炭黑(SP)，负极材料粘结剂为质量比为4:3的羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。
上述硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：
(1)将质量占比30％的中间相沥青、65％的石墨烯和5％的羧甲基纤维素钠以湿法工艺制成浆料，均匀涂覆于负极集流体铜箔上，形成具有涂层的铜箔；
(2)将质量占比95.4％的硅碳负极材料(SiO质量占比8％)、1.1％的导电炭黑(SP)、2％的羧甲基纤维素钠及1.5％的丁苯橡胶以湿法工艺制成浆料，均匀涂覆于具有涂层的铜箔表面，经烘干、辊压和模切得到硅碳负极。
实施例2
一种硅碳负极，包括负极集流体铜箔以及依次设置于负极集流体铜箔表面的涂层和硅碳负极材料层；
涂层由质量比为40:55:5的中间相沥青、石墨烯和水系聚偏氟乙烯组成；硅碳负极材料层由质量比为95.4:1.1:3.5的硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂组成，硅碳负极活性材料采用SiO与石墨复合而成，SiO质量占比8％，导电剂为导电炭黑(SP)，负极材料粘结剂为质量比为3:4的羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。
上述硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：
(1)将质量占比40％的中间相沥青、45％的石墨烯和5％的羧甲基纤维素钠以湿法工艺制成浆料，均匀涂覆于负极集流体铜箔上，形成具有涂层的铜箔；
(2)将质量占比95.4％的硅碳负极材料(SiO质量占比8％)、1.1％的导电炭黑(SP)、1.5％的羧甲基纤维素钠及2％的丁苯橡胶以湿法工艺制成浆料，均匀涂覆于具有涂层的铜箔表面，经烘干、辊压和模切得到硅碳负极。
实施例3
一种硅碳负极，包括负极集流体铜箔以及依次设置于负极集流体铜箔表面的涂层和硅碳负极材料层；
涂层由质量比为50:40:10的中间相沥青、石墨烯和水系聚偏氟乙烯组成；硅碳负极材料层由质量比为95.5:1.5:3的硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂组成，硅碳负极活性材料采用SiO与石墨复合而成，SiO质量占比8％，导电剂为导电炭黑(SP)，负极材料粘结剂为质量比为4:3的羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。
上述硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：
(1)将质量占比50％的中间相沥青、40％的石墨烯和10％的羧甲基纤维素钠以湿法工艺制成浆料，均匀涂覆于负极集流体铜箔上，形成具有涂层的铜箔；
(2)将质量占比95.5％的硅碳负极材料(SiO质量占比8％)、1.5％的导电炭黑(SP)、2％的羧甲基纤维素钠及1％的丁苯橡胶以湿法工艺制成浆料，均匀涂覆于具有涂层的铜箔表面，经烘干、辊压和模切得到硅碳负极。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，将丁苯橡胶替换为水系聚偏氟乙烯。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，导电剂为质量比为1:0.1的导电炭黑(SP)和单壁碳纳米管。相应的制备方法1.1％的导电炭黑(SP)也替换为1％的导电炭黑(SP)和0.1％的单壁碳纳米管。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，导电剂为质量比为1:0.1的导电炭黑(SP)和多壁碳纳米管。相应的制备方法1.1％的导电炭黑(SP)也替换为1％的导电炭黑(SP)和0.1％的多壁碳纳米管。
对比例1
一种硅碳负极，包括负极集流体铜箔以及依次设置于负极集流体铜箔表面的硅碳负极材料层；
硅碳负极材料层由质量比为95.4:1.1:3.5的硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂组成，硅碳负极活性材料采用SiO与石墨复合而成，SiO质量占比8％，导电剂为导电炭黑(SP)，负极材料粘结剂为质量比为4:3的羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。
上述硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：
将质量占比95.4％的硅碳负极材料(SiO质量占比8％)、1.1％的导电炭黑(SP)、2％的羧甲基纤维素钠及1.5％的丁苯橡胶以湿法工艺制成浆料，均匀涂覆于铜箔表面，经烘干、辊压和模切得到硅碳负极。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，将中间相沥青替换为等量的石墨烯。
试验例
将高镍含量(75％)的镍钴锰酸锂三元正极材料、碳纳米管及聚偏氟乙烯按照97:1:2的质量比分散在N-甲基吡咯烷酮中得到正极浆料，将正极浆料涂覆于正极集流体铝箔的表面，经过烘干、辊压、模切得到正极片。
将正极片分别和实施例1-6以及对比例1-2得到的负极片、电解液以及单层聚乙烯(PE)隔膜以叠片工艺分别制成锂离子电池，进行测试。
测试1
将实施例1-6以及对比例1-2得到的锂离子电池进行1C/2C/3C/5C放电测试，电压范围4.2-3.0V，结果如表1所示。
表1
测试2
将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，电压范围为4.2-3.0V，结果如图1所示。
通过测试1和测试2可以看出，本发明通过在硅碳负极体系下在负极集流体上设置包括中间相沥青、石墨烯和粘结剂的涂层，该涂层熔融相沥青对石墨烯及集流体箔片完全浸渍，能明显提高硅碳负极的导电性，石墨烯还可以充分发挥其良好的散热性，提高集流体的散热能力。该高导电性涂层提高了硅碳负极锂离子电池的循环和大倍率放电性能。
对比例1与实施例1相比，负极集流体上未涂覆该涂层，锂离子电池的大倍率放电性能明显下降。对比例2与实施例1相比，涂层中不含有中间相沥青，涂层的导电性能不如中间相沥青与石墨烯共同组成的涂层的导电性能好，锂离子电池的循环和大倍率放电性能不能达到理想效果。
进一步分析，实施例4涂层粘结剂选用水系PVDF时，其性能优于CMC与SBR的结合，推测其原因为：水系PVDF粘结剂与涂覆在集流体上的水系PVDF协同作用，进一步提高了锂离子电池的循环性及大倍率放电性能。
实施例5的硅碳负极材料导电剂采用导电炭黑与单壁碳纳米管结合使用，实施例5的锂离子电池循环性能及大倍率充放电性能均优于导电石墨单独作为导电剂发挥作用时的性能，由此可以看出，导电石墨(SP)与单壁碳纳米管(SWCNT)点线结合作用时，进一步抑制了电极的膨胀，提升了电池的循环性能。而采用导电石墨(SP)与多壁碳纳米管(SWCNT)结合使用的效果不如采用导电石墨(SP)与单壁碳纳米管(SWCNT)结合使用的效果，这是由于，多壁碳纳米管的分散效果远远比不上单壁碳纳米管，与硅碳负极材料混合性差，形成的导电网络畅通性差，从而影响了碳纳米管效果的发挥。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种硅碳负极，其特征在于，包括负极集流体以及依次设置于所述负极集流体表面的涂层和硅碳负极材料层；
所述涂层包括：中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂，所述中间相沥青、所述石墨烯和所述涂层粘结剂的质量比为20-50:40-65:1.5-10。
2.根据权利要求1所述的硅碳负极，其特征在于，所述中间相沥青、所述石墨烯和所述涂层粘结剂的质量比为30-40:45-55:2-8；
优选地，所述中间相沥青、所述石墨烯和所述涂层粘结剂的质量比为30-35:50-55:3-6。
3.根据权利要求1所述的硅碳负极，其特征在于，所述硅碳负极材料层包括：硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂；其中，
所述导电剂包括导电炭黑和单壁碳纳米管，所述导电炭黑和所述单壁碳纳米管质量比为1-20:1，优选为5-15:1。
4.根据权利要求3所述的硅碳负极，其特征在于，所述涂层粘结剂和所述负极材料粘结剂均独立地包括水系PVDF。
5.根据权利要求3所述的硅碳负极，其特征在于，所述硅碳负极活性材料采用氧化亚硅与石墨复合而成，其中，氧化亚硅占硅碳负极活性材料的质量比为5-25％。
6.根据权利要求3所述的硅碳负极，其特征在于，硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂的质量比为70-99.5:0.1-15:0.1-15。
7.一种硅碳负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在负极集流体上先涂覆涂层浆料，干燥后再涂覆硅碳负极材料浆料，得到硅碳负极；
涂层浆料通过将中间相沥青、石墨烯和涂层粘结剂溶解或分散在溶剂中得到；硅碳负极材料浆料通过将硅碳负极活性材料、导电剂和负极材料粘结剂溶解或分散在溶剂中得到。
8.根据权利要求7所述的硅碳负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供涂层浆料和负极材料浆料：将中间相沥青、石墨烯和水系PVDF按质量比20-50:40-65:1.5-10溶解或分散在溶剂中，得到涂层浆料；将硅碳负极活性材料、导电剂和水系PVDF按质量比70-99.5:0.1-15:0.1-15溶解或分散在溶剂中，得到负极材料浆料；导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管的组合，导电炭黑和单壁碳纳米管质量比为1-20:1；
(b)先将涂层浆料均匀涂覆在负极集流体上，干燥除去溶剂，形成涂层，再将负极材料浆料涂覆在已涂覆有涂层的负极集流体上，干燥除去溶剂，得到硅碳负极。
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的硅碳负极或根据权利要求7或8所述的硅碳负极的制备方法得到的硅碳负极。
10.一种电动车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池。
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