本发明涉及固态电池，尤其涉及一种多孔硅碳负极、固态电池及制备方法。
背景技术：
1、随着环境形势的日益严峻，新能源的高效开发利用已成为了当代主题。目前商业化液态锂离子电池已经被广泛应用于电动车、手机、笔记本电脑和规模储能等领域。近年来，电动汽车和储能领域迅速发展，但电池自燃以及储能站起火等事故频发，人们对于锂离子电池的安全性提出了更高的要求。液态电池使用可燃的有机液体作为电解质，在发生短路后热失控，电池会剧烈燃烧甚至引起爆炸，造成严重的安全性问题，成为了电池大规模应用的阻碍。而固态电池中使用不可燃的固态电解质，可以有效防止液态电池由于使用易燃的有机电解液导致的安全问题。
2、硅是地球上丰度排名第二的元素，硅基负极是具有极高理论比容量(3579mah/g)的负极材料，且其具有合适的嵌锂电位，工作电位在0.4v左右，能够有效避免锂枝晶生长的问题，近年来引起了研究者们的广泛关注，是锂金属负极完全实现商业化之前的有效替代方案，亦是固态电池的重点研究内容之一。然而固态电池中纯硅负极在锂化过程中会产生剧烈的体积膨胀，导致硅颗粒破碎和电极结构失效；此外，硅作为一种本征半导体，其电子电导率较低，使得纯硅负极的循环稳定性较差、循环库伦效率较低。硅颗粒细化至纳米级可以避免首次充放电过程中的颗粒破碎问题，从而在一定程度上改善循环稳定性，但仍无法达到实际应用的需求。因此，急需开发一种适用于固态电池的硅基负极配方以抑制体积膨胀、提高循环稳定性。
3、固态电池中的硅基负极主要由活性材料、导电剂和粘结剂三个部分组成，其中，活性材料是发挥性能的主体材料，但导电剂和粘结剂对于提升电极稳定性和动力学也至关重要。在液态电池中，硅基负极的粘结剂体系已被广泛研究，通过设计粘结剂的官能团和结构，可以提升硅基负极的拉伸强度、断裂延伸率、自愈合能力、离子/电子传导等核心指标，从而能够提升硅基负极的循环稳定性和倍率性能，是目前的主流研究内容之一。但在固态电池体系下，硅基负极无法达到液态电池中的浸润效果，通常需要施加较大的外压以保障硅基负极与电解质之间的固固接触，且粘结剂所处的环境与液态体系中相差甚远，因此针对硅基负极在固态电池中的运行环境，筛选合适的粘结剂体系并进行界面优化设计，对于固态电池的稳定运行至关重要。
4、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多孔硅碳负极、固态电池及制备方法，旨在解决现有固态电池中硅基负极存在体积膨胀、循环稳定性较差的问题。
2、本发明的技术方案如下：
3、本发明的第一方面，提供一种多孔硅碳负极，包括负极集流体和位于所述负极集流体上的负极活性材料层，其中，所述负极活性材料层包括多孔硅碳、导电炭黑和粘结剂，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈和羧甲基纤维素中的至少一种。
4、可选地，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。
5、可选地，所述多孔硅碳为粉末状多孔硅碳，所述粉末状多孔硅碳的粒径为1-30μm，其中纳米硅的粒径为50-200nm。
6、可选地，所述多孔硅碳、导电炭黑和粘结剂的质量比为80-95:5:1-15。
7、本发明的第二方面，提供一种本发明所述的多孔硅碳负极的制备方法，其中，包括步骤：
8、将粘结剂分散于溶剂中，搅拌，得到粘结剂溶液；
9、将多孔硅碳、导电炭黑和粘结剂溶液混合，搅拌，得到负极浆料；
10、将所述负极浆料涂覆在负极集流体上，去除溶剂后，得到所述多孔硅碳负极。
11、可选地，所述负极浆料的涂覆厚度为40-110μm。
12、本发明的第三方面，提供一种固态电池，其中，包括固态电解质层和与所述固态电解质层的一侧结合的本发明所述的多孔硅碳负极。
13、可选地，所述固态电解质层包括硫化物固态电解质。
14、本发明的第四方面，提供一种固态电池的制备方法，其中，包括步骤：
15、提供固态电解质层；
16、将本发明所述的多孔硅碳负极贴在所述固态电解质层的一侧，冷压使多孔硅碳负极和固态电解质层紧密结合；
17、将正极贴在固态电解质层的另外一侧，冷压使所述正极与固态电解质层紧密接触，得到所述固态电池。
18、可选地，所述冷压的压强为250-450mpa。
19、有益效果：针对固态电池体系使用多孔硅碳负极，多孔碳内部丰富的孔隙结构很好的容纳和缓冲硅材料的体积膨胀，保证循环过程的离子传输，具有优异的锂离子传输性能，且具有良好的机械稳定性，能避免硅颗粒因体积膨胀时相互挤压而破碎，在高能量密度的前提下缓冲硅基负极的容量衰减；匹配的粘结剂具有较高的机械强度和断裂伸长率，在较大的外部压力和硅体积膨胀的共同应力下仍能保持多孔硅碳负极结构的完整性，进而提升固态电池的循环稳定性；添加的导电炭黑保证了多孔硅碳材料在体积膨胀后的电接触，使得固态电池的循环稳定性得到了极大的提升，首效和容量保存率良好。
1.一种多孔硅碳负极，包括负极集流体和位于所述负极集流体上的负极活性材料层，其特征在于，所述负极活性材料层包括多孔硅碳、导电炭黑和粘结剂，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈和羧甲基纤维素中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的多孔硅碳负极，其特征在于，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的多孔硅碳负极，其特征在于，所述多孔硅碳为粉末状多孔硅碳，所述粉末状多孔硅碳的粒径为1-30μm，其中纳米硅的粒径为50-200nm。
4.根据权利要求1所述的多孔硅碳负极，其特征在于，所述多孔硅碳、导电炭黑和粘结剂的质量比为80-95:5:1-15。
5.一种权利要求1-4任一项所述的多孔硅碳负极的制备方法，其特征在于，包括步骤：
6.根据权利要求5所述的多孔硅碳负极的制备方法，其特征在于，所述负极浆料的涂覆厚度为40-110μm。
7.一种固态电池，其特征在于，包括固态电解质层和与所述固态电解质层的一侧结合的权利要求1-4任一项所述的多孔硅碳负极。
8.根据权利要求7所述的固态电池，其特征在于，所述固态电解质层包括硫化物固态电解质。
9.一种固态电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：
10.根据权利要求9所述的固态电池的制备方法，其特征在于，所述冷压的压强为250-450mpa。
