[发明专利]一种高电导率Si/C纳米膜的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种高电导率Si/C纳米膜的制备方法，该方法包括以下步骤：首先，将碳源和硅源按1～24：1的质量比溶解于溶剂中，经搅拌得到预溶液；其次，将预溶液进行静电纺丝，获得预产物；再次，将所述预产物依次经过干燥、固化和煅烧操作，得到Si/C纳米膜；最后，将上述Si/C纳米膜进行真空镀膜，镀一层导电层，即得到高电导率Si/C纳米膜。本发明所制得的高电导率Si/C纳米膜作为锂电负极材料应用时，不仅体现出优异的导电性能，还能显著提高锂离子电池的循环稳定性和倍率性能，能够更好的满足纯电动车电池负极材料的应用需求。

技术领域

本发明属于Si/C纳米膜制备的技术领域，具体涉及一种高电导率Si/C纳米膜的制备方法及应用。

背景技术

随着科技的发展与进步，新能源汽车关键核心技术被逐渐突破，纯电动车将成为新能源汽车的主流。相比于传统的商业化石墨负极材料(理论储锂容量为372mA·h·g^-1)，硅负极材料因具有绝对的容量优势(4200mA·h·g^-1)，是最具有潜力的下一代高能量密度锂电负极材料之一。然而，由于硅负极材料具有循环寿命较差的缺陷，其商业化应用受到了一定的限制。

近年来，静电纺丝法因可制备出自支撑性好、核壳结构的纳米纤维而受到广泛关注。与传统方法制备的电极材料相比，利用静电纺丝法制备的电极材料因不需要使用铜作为集流体，不仅使整体能量密度得到大幅提升，而且有助于缓解体积膨胀效应，在一定程度上提升了锂电池的循环性能。然而，利用静电纺丝法制备得到的Si/C纳米纤维仍存在一些不足：

一方面，由于碳材料的电导率(2.5～10S/cm)远低于铜材料的电导率(5.7×10⁵S/cm)，导致Si/C纳米纤维的电导率偏低，由Si/C纳米纤维制得的电极片应用于锂离子电池负极时，其倍率性能较差；另一方面，由于硅与有机溶剂的相容性不好，导致硅材料很容易沉积、粘附甚至暴露在碳纤维的表面，静电纺丝法制备的Si/C纳米纤维难以实现对硅材料的完美包覆，该方法制备的纳米膜用作电极负极材料时，其对锂离子电池循环性能的提升效果仍不理想。

因此，如何有效的提高Si/C纳米纤维的电导率，并进一步提高该材料用作锂离子电池负极时，对锂离子电池的循环稳定性和倍率性能的提升效果，使其更好的满足纯电动汽车电池的应用需求，是研发人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种高电导率Si/C纳米膜的制备方法，以及该高电导率Si/C纳米膜在提高电池循环稳定性和倍率性能上的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种高电导率Si/C纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、将碳源和硅源按1～24：1的质量比溶解于溶剂中，经搅拌得到预溶液；

S2、将所述预溶液进行静电纺丝，获得预产物；

S3、将所述预产物依次经过干燥、固化和煅烧操作，得到Si/C纳米膜；

S4、将步骤S3所制得的Si/C纳米膜真空镀膜，镀一层导电层，即得到高电导率 Si/C纳米膜。

在上述技术方案的基础上，所述碳源为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的一种；所述硅源为粒径20～50nm的纳米硅粉。

在上述技术方案的基础上，所述碳源为聚丙烯腈，聚丙烯腈与纳米硅粉的质量比为4～16:1，所述溶剂为氮氮二甲基甲酰胺。

在上述技术方案的基础上，所述碳源为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇与纳米硅粉的质量比为8:1，所述溶剂为纯水。

在上述技术方案的基础上，在步骤S1中，搅拌温度为25℃，搅拌时间为10h。