[发明专利]一种纺丝液及其制备方法

说明书

本发明是关于一种纺丝液及其制备方法，涉及Si/C复合材料制备技术领域。主要采用的技术方案为：一种纺丝液，用于制备Si/C复合纤维材料，其中，所述纺丝液中含有：溶剂、分散在所述溶剂中的硅颗粒、溶解在所述溶剂中的第一聚合物；其中，所述第一聚合物为能进行溶液纺丝的聚合物；其中，在所述纺丝液中，所述第一聚合物的质量分数为5‑35％；在所述纺丝液中，所述硅颗粒的质量大于0，且不超过所述第一聚合物质量的50％。本发明主要用于提供一种能基于相分离工艺的溶液纺丝技术制备出Si/C复合纤维材料的纺丝液。该技术利于工业放大，便于Si/C复合纤维材料的批量化生产，同时生产成本也会大幅降低。

技术领域

本发明涉及一种Si/C复合材料制备技术领域，特别是涉及一种纺丝液及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的开采和消耗，资源枯竭和环境问题日渐凸显，能源结构调整势在必行。锂离子电池具有能量密度高、高倍率充放电性能好、充放电速率快、自放电小等优点，被认为是“最有应用前途的化学电源”。目前，商业化的锂离子电池通常采用石墨作为负极材料。但是，石墨负极的比电容较低，仅为372mAhg^-1，无法满足设备小型化(例如，手机、笔记本电脑、摄像机等)和大型的交通工具(例如，电动汽车等以电池为主要供能的电气设备)对于能量密度和功率密度的要求。

Si的理论比电容较高(Li_4.4Si≈4200mAhg^-1)，同时放电电压接近0V(0.2V vs.Li/Li⁺)，成为最有潜力取代石墨的电池负极材料之一。但是，Si的导电性差，并且在循环过程中，伴随着Li⁺的嵌入/脱出，Si发生体积膨胀/收缩(300％)，造成其结构破裂或粉化，导致Si从集流体上脱落，电池失效；同时由于Si的破裂和粉化，Si表面形成的SEI膜不断破裂/形成，造成电解液的消耗和大量不可逆容量的损失，循环寿命下降，安全性能遭遇挑战。

为了解决上述问题，国内外研究人员做了大量工作，其中Si的纳米化、多孔化和制备含Si的复合材料的研究最为广泛和深入。Si的纳米化和多孔化设计虽然赋予材料优异的电化学性能，但由于材料的比表面积较高，材料的比能量密度和体积能量密度较低。而且Si为半导体，导电性差，致使电极材料倍率性能不好。炭材料作为锂离子电池的传统负极材料具有导电性好、结构稳定、反应电压低等优点；与Si复合后，能够在一定程度上抑制Si的体积膨胀，同时为Si的体积膨胀提供缓冲空间，避免了材料结构的破裂和粉化，保证SEI膜的结构稳定。另一方面炭材料的三维网络结构能够缩短离子的迁徙路径，增加电子的传输能力，改善电极的倍率性能等。常见的硅碳复合材料主要有Si-CF,Si-CNTs,Si-rGO,Si/石墨和Si/C等，结构主要涉及包覆型的核-壳结构、多孔结构、三明治结构等，制备方法主要有机械共混法、热解前驱体法、磁溅射法、静电纺丝法等。

目前，Si/C复合材料多采用包覆型的核-壳结构。研究表明一维材料具有定向的电子和离子传输路径，具有优异的电化学反应动力学特性。因此，考虑将Si/C复合材料制备成纤维状。但是，目前所开展的针对纤维状Si/C负极材料的研究方法大多采用静电纺丝技术，产量不高，大规模批量化生产难度较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种纺丝液及其制备方法，主要目的在于提供一种能基于相分离工艺的溶液纺丝技术制备出Si/C复合纤维材料的纺丝液。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种纺丝液，用于制备Si/C复合纤维材料，其中，所述纺丝液中含有：溶剂、分散在所述溶剂中的硅颗粒、溶解在所述溶剂中的第一聚合物；其中，所述第一聚合物为能进行溶液纺丝的聚合物；其中，

在所述纺丝液中，所述第一聚合物的质量分数为5-35％；

在所述纺丝液中，所述硅颗粒的质量大于0，且不超过所述第一聚合物质量的50％；优选的，所述硅颗粒的质量为所述第一聚合物质量的1-50％。