[发明专利]一种硅碳复合薄膜及其制备方法和应用以及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种硅碳复合薄膜，所述硅碳复合薄膜的原料包括以下组分：硅纳米材料、石墨烯、聚酰亚胺前驱体。该硅碳复合薄膜的制备方法如下：S1、将硅纳米材料、石墨烯加入分散剂中，分散均匀，加入聚酰亚胺前驱体中，混匀，形成浆料；S2、将上述浆料涂覆于玻璃板上，进行热处理，冷却至室温，在水中将玻璃板上的薄膜剥离下来，即得到硅碳复合薄膜。本发明制备获得的硅碳复合薄膜作为负极材料应用于锂离子电池时，具有较高的可逆容量和循环寿命。

技术领域

本发明涉及硅碳复合薄膜技术领域，尤其涉及一种硅碳复合薄膜及其制备方法和应用以及采用所述硅碳复合薄膜作为负极材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自上世纪90年代被开发出来后，作为一种高效、绿色、环保的新能源得到了广泛的应用，尤其是在电子产品和汽车工业上。随着消费者对产品的期待越来越高，高能量锂离子电池的需求逐年增加，硅基负极材料因高比容量备受关注。其理论容量达到4200mAh/g，为目前石墨材料容量的10倍。然而，硅材料在充放电过程中会发生巨大的体积变化(300％)，容易从极片上脱落，导致循环寿命很短，不利于硅基负极材料在锂离子电池中的推广和应用。

另外，随着科技的进步，电子产品极大丰富的同时各类电子产品小型化趋势日益明显，特别是在可穿戴设备、精密仪器仪表等领域，然而现有的电池大多为刚性结构，不可弯折，限制了柔性电子产品的开发。

因此，开发容量高、循环性能好、柔性的锂离子电池具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种硅碳复合薄膜及其制备方法和应用以及锂离子电池。本发明通过对硅材料的纳米化、复合化以及薄膜化获得一种硅碳复合薄膜，将其作为锂离子电池负极材料，具有较高的可逆容量和循环寿命。

本发明技术方案具体如下：

一种硅碳复合薄膜，所述硅碳复合薄膜原料包括以下组分：硅纳米材料、石墨烯、聚酰亚胺前驱体。

优选地，所述硅纳米材料、石墨烯、聚酰亚胺前驱体的质量比为10-40:10-40:10-40。

优选地，所述硅纳米材料为硅单质、硅氧化物或两者的复合物。

优选地，所述石墨烯为成膜石墨烯。此处，成膜石墨烯是指具有良好成膜性的石墨烯，如化学方法制备的氧化石墨烯等。

优选地，所述聚酰亚胺前驱体为改性聚酰亚胺前驱体；更优选地，所述改性聚酰亚胺前驱体为磺酸基或羧基改性聚酰亚胺前驱体。

优选地，所述聚酰亚胺前驱体的固含量为5-15％。

本发明还提供了一种硅碳复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、将硅纳米材料、石墨烯加入分散剂中，分散均匀，加入聚酰亚胺前驱体中，混匀，形成浆料；

S2、将上述浆料涂覆于玻璃板上，进行热处理，冷却至室温，在水中将玻璃板上的薄膜剥离下来，即得到硅碳复合薄膜。

优选地，所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺或N，N-二甲基甲酰胺。

优选地，所述S2步骤热处理过程为：对浆料涂覆的玻璃板进行真空干燥；进一步恒速升温干燥。

优选地，S2中，真空干燥温度为60-70℃，干燥时间为3-6h；更优选地，S2中，真空干燥温度为60℃，干燥时间为4h。

优选地，S2中，所述恒速升温速率为2-3℃/min，升温至350℃-370℃；更优选地，恒速升温速率为2.5℃/min，升温至350℃。