硅复合纳米纤维、硅复合纳米纤维膜及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种硅复合纳米纤维、硅复合纳米纤维膜及其制备方法和二次电池。硅复合纳米纤维包括碳硅复合芯层纤维和包覆碳硅复合芯层纤维的石墨烯包覆层；其中，碳硅复合芯层纤维包括碳纤维和至少嵌入在碳纤维内部的硅基材料颗粒。硅复合纳米纤维膜由本申请硅复合纳米纤维形成的膜层。二次电池的负极片为硅复合纳米纤维膜裁剪形成。本申请硅复合纳米纤维和硅复合纳米纤维膜具有高容量和导电性能，且结构和循环性等性能优异，同时具有优异的力学性能。其制备方法能够保证含硅复合纳米纤维膜的结构和电化学性能稳定，而且效率高。二次电池容量高，循环性能优异、倍率性好。倍率性好。倍率性好。

【技术实现步骤摘要】
硅复合纳米纤维、硅复合纳米纤维膜及其制备方法和应用


[0001]本申请属于二次电池领域，具体涉及一种硅复合纳米纤维、硅复合纳米纤维膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]为了满足日益增长的电子、电动汽车和智能电网存储需求，基于先进电极的可充电电池作为高能量密度的存储系统得到了迅速发展。锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、资源丰富、循环寿命长等优点，一直是能量储能和转换的支柱。
[0003]众所周知，锂离子电池的电化学性能仍主要受电极材料，特别是阳极材料的制约，在各种阳极材料中，硅(Si)由于其4200mAh g
‑1(相当于Li
4.4
Si)的高理论比容量、Li
+
嵌入/脱出的低电化学电位(＜0.5V vs.Li/Li
+
)、天然丰度、环境友好等优势，最有望取代石墨成为下一代高能量密度锂离子电池负极材料。然而，硅阳极面临着几个重大挑战，严重限制了其实际应用。在电化学反应过程中，硅的体积变化为300％，会导致严重硅颗粒粉化、不稳定的固体电解质界面(SEI)形成和电极层电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅复合纳米纤维，其特征在于：包括碳硅复合芯层纤维和包覆所述碳硅复合芯层纤维的石墨烯包覆层；其中，所述碳硅复合芯层纤维包括碳纤维和至少嵌入在所述碳纤维内部的硅基材料颗粒。2.根据权利要求1所述的硅复合纳米纤维，其特征在于：所述碳硅复合芯层纤维的直径为200nm～3000nm；和/或所述硅基材料颗粒与碳纤维的质量比不大于9：1；和/或所述碳纤维的材料包括烧结碳、无定形碳、碳纳米管、碳纳米墙中的至少一种；和/或所述硅基材料颗粒的硅基材料包括硅、氧化亚硅、二氧化硅、碳化硅、硅碳复合材料的至少一种；和/或所述硅基材料颗粒的粒径为30nm～500nm。3.根据权利要求1或2所述的硅复合纳米纤维，其特征在于：所述石墨烯包覆层的质量占所述硅复合纳米纤维总质量的5％～80％和/或所述石墨烯包覆层的厚度为20nm～1000nm和/或所述石墨烯包覆层包括呈立式生长在所述碳硅复合芯层纤维表面的石墨烯。4.一种硅复合纳米纤维膜，其特征在于：由权利要求1
‑
3任一项所述的硅复合纳米纤维形成的膜层。5.一种硅复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将有机碳源与硅基材料颗粒配制成纺丝液；将所述纺丝液进行纺丝处理，得到由所述有机碳源包覆所述硅基材料颗粒的有机碳源纤维，且所述有机碳源纤维形成有机碳源纤维膜；对所述有机碳源纤维膜进行碳化处理，得到碳硅复合纤维形成的碳硅复合纤维膜；在所述碳硅复合纤维膜上进行生长石墨烯处理，形成包覆所述碳硅复合纤维的石墨烯包覆层，得到硅复合纳米纤维膜。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述碳硅复合纤维膜上进行生长石墨烯处理的方法包括如下步骤：将所述碳硅复合纤维膜进行铺展和固定处理后，采用化学气相沉积法在所述碳硅复合纤维膜上沉积生长石墨烯，并形成所述石墨烯包覆层；和/或所述纺丝处理为静电纺丝处理，且所述静电纺丝处理的条件如下：针头内径为0.6～2.2mm；电压为20～30kV；温度为43～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：慕永彪，曾林，吴不可，黄泽冰，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：