[發明專利]一種硅碳復合薄膜及其制備方法和應用以及鋰離子電池

在審

• 申請號: 202011170289.3
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112490416A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 張群;吳星琳;祝春才;金文斌
• 申請（專利權）人: 浙江中科玖源新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥金律專利代理事務所(普通合伙) 34184
• 代理人: 楊霞

本發明提供了一種硅碳復合薄膜，所述硅碳復合薄膜的原料包括以下組分：硅納米材料、石墨烯、聚酰亞胺前驅體。該硅碳復合薄膜的制備方法如下：S1、將硅納米材料、石墨烯加入分散劑中，分散均勻，加入聚酰亞胺前驅體中，混勻，形成漿料；S2、將上述漿料涂覆于玻璃板上，進行熱處理，冷卻至室溫，在水中將玻璃板上的薄膜剝離下來，即得到硅碳復合薄膜。本發明制備獲得的硅碳復合薄膜作為負極材料應用于鋰離子電池時，具有較高的可逆容量和循環壽命。

技術領域

本發明涉及硅碳復合薄膜技術領域，尤其涉及一種硅碳復合薄膜及其制備方法和應用以及采用所述硅碳復合薄膜作為負極材料的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池自上世紀90年代被開發出來后，作為一種高效、綠色、環保的新能源得到了廣泛的應用，尤其是在電子產品和汽車工業上。隨著消費者對產品的期待越來越高，高能量鋰離子電池的需求逐年增加，硅基負極材料因高比容量備受關注。其理論容量達到4200mAh/g，為目前石墨材料容量的10倍。然而，硅材料在充放電過程中會發生巨大的體積變化(300％)，容易從極片上脫落，導致循環壽命很短，不利于硅基負極材料在鋰離子電池中的推廣和應用。

另外，隨著科技的進步，電子產品極大豐富的同時各類電子產品小型化趨勢日益明顯，特別是在可穿戴設備、精密儀器儀表等領域，然而現有的電池大多為剛性結構，不可彎折，限制了柔性電子產品的開發。

因此，開發容量高、循環性能好、柔性的鋰離子電池具有重要的意義。

發明內容

本發明提供了一種硅碳復合薄膜及其制備方法和應用以及鋰離子電池。本發明通過對硅材料的納米化、復合化以及薄膜化獲得一種硅碳復合薄膜，將其作為鋰離子電池負極材料，具有較高的可逆容量和循環壽命。

本發明技術方案具體如下：

一種硅碳復合薄膜，所述硅碳復合薄膜原料包括以下組分：硅納米材料、石墨烯、聚酰亞胺前驅體。

優選地，所述硅納米材料、石墨烯、聚酰亞胺前驅體的質量比為10-40:10-40:10-40。

優選地，所述硅納米材料為硅單質、硅氧化物或兩者的復合物。

優選地，所述石墨烯為成膜石墨烯。此處，成膜石墨烯是指具有良好成膜性的石墨烯，如化學方法制備的氧化石墨烯等。

優選地，所述聚酰亞胺前驅體為改性聚酰亞胺前驅體；更優選地，所述改性聚酰亞胺前驅體為磺酸基或羧基改性聚酰亞胺前驅體。

優選地，所述聚酰亞胺前驅體的固含量為5-15％。

本發明還提供了一種硅碳復合薄膜的制備方法，包括如下步驟：

S1、將硅納米材料、石墨烯加入分散劑中，分散均勻，加入聚酰亞胺前驅體中，混勻，形成漿料；

S2、將上述漿料涂覆于玻璃板上，進行熱處理，冷卻至室溫，在水中將玻璃板上的薄膜剝離下來，即得到硅碳復合薄膜。

優選地，所述分散劑為N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺或N，N-二甲基甲酰胺。

優選地，所述S2步驟熱處理過程為：對漿料涂覆的玻璃板進行真空干燥；進一步恒速升溫干燥。

優選地，S2中，真空干燥溫度為60-70℃，干燥時間為3-6h；更優選地，S2中，真空干燥溫度為60℃，干燥時間為4h。

優選地，S2中，所述恒速升溫速率為2-3℃/min，升溫至350℃-370℃；更優選地，恒速升溫速率為2.5℃/min，升溫至350℃。