[发明专利]一种基于静电纺丝法制备一体化锂电负极的方法

说明书

本发明公开了一种基于静电纺丝法制备一体化锂电负极的方法，包括a.制备匀质的静电纺丝液；b.在电极集流体接收器上进行静电纺丝制备集流体与电纺纳米纤维膜一体的电极前驱体；c.将电极前驱体干燥后向电纺纳米纤维膜施加一定的牵伸力并同时进行高温碳化处理；用于制备一体化硅碳负极，过程绿色环保，工艺条件高度可控，可对电极结构进行一体化设计，成型复杂结构，实现硅碳负极的快速、高效制造；所制备的该电极结构无粘结剂，减少不导电和非活性成分，增加导电性，降低原材料成本；相比于无集流体的一体式电纺薄膜电极，本发明的集流体具有一定机械强度和柔性，为电纺纳米硅碳纤维膜提供了支撑，电极结构更加稳定。

技术领域

本发明涉及属于能源储能材料技术领域，具体涉及一种基于静电纺丝法制备一体化锂电负极的方法。

背景技术

锂离子电池因具有绿色环保、能量密度高、充放电效率高、循环性能好、使用寿命长、工作温度范围宽等优点被广泛用于储能及动力电源领域。锂离子电池主要由负极、正极、隔膜、电解液等四部分构成。其中，负极在充电过程中将锂离子“擒获并存储”起来，以能量的形式存储在电池中。因此，负极直接影响锂离子电池的性能。Si因其高的理论容量(4200mA·h/g)、环境友好、储量丰富等特点被认为是下一代高能量密度锂离子电池的负极材料。Si材料的体积效应和低的电导率限制了其在锂离子电池负极材料中的应用。研究表明纳米化和碳包覆是缓解硅体积膨胀并提高导电性的有效途径。然而，现有的制作负极的方法有两方面问题，一是依赖有机粘结剂，它作为不导电成分降低了整个电极的导电性；其次制作流程多而复杂，涉及干粉处理、真空搅拌、浆料过滤、极片涂层等，在智能制造的趋势下，这种方式难以满足电极结构多元化的需求，且存在成本高、效率低等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于静电纺丝法制备一体化锂电负极的方法，能够解决粘结剂导致的电极导电性低和制作工艺复杂的问题，提高制备生产效率并节约经济成本。

本发明的基于静电纺丝法制备一体化锂电负极的方法，包括以下步骤：a.制备匀质的静电纺丝液；

b.在电极集流体接收器上进行静电纺丝制备集流体与电纺纳米纤维膜一体的电极前驱体；

c.将电极前驱体干燥后向电纺纳米纤维膜施加一定的牵伸力并同时进行高温碳化处理；

进一步，步骤a中，所述静电纺丝液原料包括聚乙烯醇、纳米硅和去离子水；

进一步，步骤a中，按重量份聚乙烯醇0.1-20份、纳米硅0.002-9份和去离子水0.5-400份；

进一步，步骤a中，所述纳米硅直径为10-100nm；

进一步，步骤a中，按重量份将静电纺丝液原料在60-95℃条件下持续搅拌12-24小时，配制成均质的静电纺丝液；

进一步，步骤b中，静电纺丝的注射速度为0.01-2mL/h，施加电压10-30kV，静电纺丝距离为5-20cm；

进一步，步骤b中，所述集流体为铜箔、泡沫铜、碳纸、碳布中的一种；

进一步，步骤c中，干燥温度为60-150℃；

进一步，步骤c中，将电极前驱体平放于一定质量的两块耐高温石英板之间在保护惰性气氛中进行高温碳化处理；

进一步，步骤c中，碳化温度350-600℃，升温速率0.1-10℃/分钟。