[發明專利]利用靜電紡絲制備鋰離子電池g-C3

有效

• 申請號: 201811201354.7
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109524639B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 沈楷翔;陳和冬;侯賢華
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525;D01D5/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉瑜;裘暉

1.一種利用靜電紡絲制備鋰離子電池g-C₃N₄/硅碳負極材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將聚乙烯吡咯烷酮加入到N,N-二甲基甲酰胺中，攪拌溶解，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；

(2)將納米硅加入到步驟(1)中得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，超聲分散均勻，得到混合溶液A；

(3)將尿素加入到步驟(2)中得到的混合溶液A中，攪拌混合均勻，得到混合溶液B；

(4)將步驟(3)中得到的混合溶液B進行靜電紡絲，得到硅聚合物復合材料；

(5)將步驟(4)中得到的硅聚合物復合材料置于惰性氣體環境中，升溫至200～400℃恒溫保持3～6小時，然后升溫至500～700℃恒溫保持3～6小時，得到鋰離子電池g-C₃N₄/硅碳負極材料。

2.根據權利要求1所述的利用靜電紡絲制備鋰離子電池g-C₃N₄/硅碳負極材料的方法，其特征在于：

步驟(2)中所述的納米硅與所述聚乙烯吡咯烷酮的質量比為0.6～1.0：1；

步驟(3)中所述的尿素與所述納米硅的質量比為0.4～0.8：1。

3.根據權利要求1所述的利用靜電紡絲制備鋰離子電池g-C₃N₄/硅碳負極材料的方法，其特征在于：

步驟(4)中所述的靜電紡絲的條件為：正高壓10～18kV，負高壓0.5～2kV；靜電紡絲的距離10～25厘米；環境溫度25～40℃；相對濕度30～60％；出料速度1～3ml/h；接收材料的圓筒收集器的自轉速度200～400r/min。

4.根據權利要求3所述的利用靜電紡絲制備鋰離子電池g-C₃N₄/硅碳負極材料的方法，其特征在于：

步驟(4)中所述的靜電紡絲的條件為：正高壓14～16kV，負高壓1～2kV；靜電紡絲的距離15厘米；環境溫度25～30℃；相對濕度40～45％；出料速度1～2ml/h；接收材料的圓筒收集器的自轉速度300r/min；

所述的靜電紡絲所用的針頭的內徑為0.4～0.67毫米；

所述的圓筒收集器上覆蓋有一層銅箔，其銅箔的厚度為8～12微米。

5.根據權利要求1所述的利用靜電紡絲制備鋰離子電池g-C₃N₄/硅碳負極材料的方法，其特征在于：

步驟(2)中所述的納米硅的粒徑為20～100nm；所述的納米硅通過如下方法制備得到：將硅粉利用射頻等離子體系統進行高溫氣化處理，得到氣態硅；然后將氣態硅急速冷卻，得到納米硅；

所述的高溫氣化處理通過如下方法實現：將硅粉置于射頻等離子體系統中，調整射頻等離子體系統中的射頻電流，使得惰性氣體產生等離子體束流，實現5000～12000℃高溫環境，將粗硅氣化成氣態硅；

所述的射頻電流為5.8A～7.3A。

6.根據權利要求1所述的利用靜電紡絲制備鋰離子電池g-C₃N₄/硅碳負極材料的方法，其特征在于：

步驟(1)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的添加量為按每毫升N,N-二甲基甲酰胺配比50～100mg聚乙烯吡咯烷酮計算；

步驟(1)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量為130萬；

步驟(1)中所述的攪拌的條件為：40～60℃攪拌3～6小時；

步驟(2)中所述的超聲分散的條件為：20～25kHz超聲分散3～6分鐘；

步驟(3)中所述的攪拌的條件為：40～60℃攪拌10～30小時；

步驟(5)中所述的惰性氣體為氮氣或氬氣；

步驟(5)中所述的升溫的速度為1～5℃/min。