[发明专利]Si/SiC/C纳米纤维膜的制备方法、电池负极及锂离子电池

说明书

本发明公开一种Si/SiC/C纳米纤维膜的制备方法、电池负极及锂离子电池，该制备方法包括以下步骤：S10、将导电聚合物、硅源和有机溶剂混合均匀，得到纺丝溶液；S20、将纺丝溶液进行静电纺丝，得到前驱体薄膜；S30、将前驱体薄膜加热至200～300℃，并保温1～5h，得到SiOsubgt;2/subgt;/C纳米膜；S40、在惰性气氛下，将SiOsubgt;2/subgt;/C纳米膜继续加热至1000～2000℃，并保温2～20h，得到Si/SiC/C纳米纤维膜。通过碳化硅的添加，提高了碳、硅材料的相容性，且能在一定程度上抑制硅材料的体积膨胀效应，从而使制得的Si/SiC/C纳米纤维膜用作锂离子电池的负极时，表现出较高的容量和优异的循环稳定性能；此外，将Si/SiC/C纳米纤维膜用作负极时，直接裁剪成适宜尺寸后即可，使用方便，同时提高了电池的整体能量密度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种Si/SiC/C纳米纤维膜的制备方法、电池负极及锂离子电池。

背景技术

当前商业化的锂电池负极材料主要为改性天然石墨和人造石墨，尽管制备技术已相当成熟，但其理论比容量只有372mA h·g^-1，难以满足市场对大容量锂离子电池的需求。

硅基材料是在研负极材料中理论比容量最高的研究体系，理论比容量高达为4200mA h·g^-1，因其低嵌锂电位、低原子质量、高能量密度，被认为是碳负极材料的替代性产品。然而，硅负极由于其在嵌脱锂循环过程中具有严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉碎，从而导致电极表现出较差的循环性能。

一直以来硅/碳复合材料的制备和电化学性能探索一直是研究的热点。从理论上来说硅/碳负极材料可以兼具硅、碳材料两者的优势，得到容量相对较高且循环稳定性好的锂电负极材料。然而，经过许多实验后发现在循环过程中这两种材料表现出很差的兼容性，从而影响了硅/碳复合材料的循环性能。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种Si/SiC/C纳米纤维膜的制备方法、电池负极及锂离子电池，旨在解决现有的锂电池负极材料的循环性能较差的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种Si/SiC/C纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

S10、将导电聚合物、硅源和有机溶剂混合均匀，得到纺丝溶液；

S20、将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到前驱体薄膜；

S30、将所述前驱体薄膜加热至200～300℃，并保温1～5h，得到SiO₂/C纳米膜；

S40、在惰性气氛下，将所述SiO₂/C纳米膜继续加热至1000～2000℃，并保温2～20h，得到Si/SiC/C纳米纤维膜。

可选地，步骤S10中：

所述导电聚合物包括聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯中的至少一种；和/或，

所述有机溶剂包括无水乙醇、丙酮和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；和/或，

所述硅源包括纳米硅粉、纳米二氧化硅和正硅酸乙酯中的至少一种。

可选地，步骤S10中：

所述导电聚合物、硅源和有机溶剂的质量比为1：(0.5～5)：(5～30)。

可选地，步骤S10具体包括：

在30～80℃下，将导电聚合物、硅源和有机溶剂均匀搅拌6～24h，得到纺丝溶液。

可选地，步骤S20中：

所述静电纺丝的纺丝电压为10～20kv，挤出速度为0.5～1.0mL/min。