[发明专利]一种硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片制备方法：所述硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片以静电纺丝法将SiO_x/石墨烯/碳复合纳米纤维膜原位附着在SiO_x/石墨烯膜的表面构成，所述x的取值范围为0≤x2。本发明克服了硅材料本身导电率较低和体积膨胀率较大问题，以及集流体被腐蚀带来的电池短路、性能下降问题。本发明不仅增加了活性材料与集流体之间的附着力，而且还降低了集流体与活性材料之间的接触电阻，因此该硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片可以提升锂离子电池的电化学性能和使用寿命。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，尤其是一种硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片、对该硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片的制备方法，以及使用该硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片的锂离子电池。

背景技术

硅材料因其较高的储锂容量以及较低的放电平台，目前是一种作为锂离子电池负极材料的热门研究对象。但是在充放电过程中，硅材料本身较低的导电率和较大的体积膨胀率限制了它的商业化应用。同时，目前锂离子电池中经常采用铜箔和铝箔等金属作为集流体，但是这种技术方案存在如下缺点：1、金属密度较大，降低了活性材料在电极中的比例，限制了电池能量密度的提高。2、电化学稳定性较差，在长期循环过程中存在阳极腐蚀等问题，加速了电池的容量衰减，降低其使用寿命。3、金属集流体与活性材料的接触面的界面电阻较大，在大电流充放电条件下的倍率性能受到限制。因此，如何开发出一种新型的锂离子电池硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片，能够克服现有技术中存在的上述问题，是本领域技术人员需要研究的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片制备方法，克服了硅材料本身导电率较低和体积膨胀率较大的问题和集流体易被腐蚀的问题。

其采用的技术方案如下：

一种硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片制备方法：所述硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片以静电纺丝法将SiO_x/石墨烯/碳复合纳米纤维膜原位附着在SiO_x/石墨烯膜的表面构成，所述x的取值范围为0≤x2。

优选的是，上述硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片制备方法包括如下步骤：S1：将氧化石墨分散于去离子水中，以高压均质机分散均匀，得到氧化石墨烯浆料；S2：将含硅化合物分散于水中，得到含硅化合物溶液；S3：将S2所得含硅化合物溶液在搅拌条件下加入S1所得氧化石墨烯浆料中，搅拌均匀后，以高压均质机继续分散均匀，得到含硅化合物/氧化石墨烯浆料；S4：将S3所得含硅化合物/氧化石墨烯浆料涂覆于PET基底或无纺布基底上、进行干燥处理，得到含硅化合物/氧化石墨烯膜；S5：将S4所得含硅化合物/氧化石墨烯膜置于惰性气氛中进行高温处理，并在高温处理后进行压延，得到SiO_x/石墨烯膜；S6：将氧化石墨分散于溶剂中，得到氧化石墨烯溶液；S7：将含硅化合物，在搅拌条件下缓慢投入S6所得氧化石墨烯溶液中，得到含硅化合物/氧化石墨烯溶液；S8：将S7所得含硅化合物/氧化石墨烯溶液加入到聚合物分散液中，分散均匀，得到含硅化合物/氧化石墨烯纺丝液；S9：以静电纺丝设备将S8所得含硅化合物/氧化石墨烯纺丝液进行纺丝处理，在S5所得SiO_x/石墨烯膜上生成含硅化合物/氧化石墨烯/聚合物复合纳米纤维膜；S10：将S7所得产品置入高温炉中，在惰性气体保护下进行高温处理，在SiO_x/石墨烯膜表面形成SiO_x/石墨烯/碳复合纳米纤维膜，所形成的SiO_x/石墨烯/碳复合纳米纤维膜/SiO_x/石墨烯膜即为硅/石墨烯/碳复合纤维膜负极极片。