本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种静电纺丝制备硅碳极耳材料的工艺。
背景技术：
随着信息时代的巨大进步和快速发展，多功能便携式电子设备、电动汽车、飞行器、人造助力等设备对储能材料提出了更高的要求。因此，研发高比容量、高倍率、高安全性等新型锂电池电极材料已经迫在眉睫。
极耳，是锂离子聚合物电池产品的一种原材料。电池是分正负极的，极耳就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体，通俗的说电池正负两极的耳朵是在进行充放电时的接触点。
现有的极耳在制备过程中，负极材料与铜箔结合需加入高分子粘结剂，由于粘结剂为非导电高分子，阻碍了电子导电通道，降低了传输速度，导致极耳的导电性能差。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种静电纺丝制备硅碳极耳材料的工艺，解决了现有的极耳存在导电性能差的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种静电纺丝制备硅碳极耳材料的工艺，包括以下步骤：
制备聚酰亚胺溶液；
制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物复合粉末；
将所述聚酰亚胺溶液与所述复合粉末超声分散，形成悬浮液，通过静电纺丝机制备成一体化纤维膜；
所述一体化纤维膜进行热处理后制备得到硅碳极耳材料。
优选的，制备聚酰亚胺溶液包括以下步骤：
s1-1:将酮酐和甲醇钠溶剂于dmf与dmac混合液中；
s1-2:在所述步骤s1-1的极性溶剂中缓慢滴加tdi和mdr溶解，缩聚反应得到粘稠的pi溶液；
s1-3:将制备得到的pi聚合物溶液，沉淀在丙酮溶剂中，过滤提纯；
s1-4:所述步骤s1-3:过滤得到的粉末溶解于dmf与dmac混合液中，掺加适度溶液制成粘度为50～600pa.s、浓度为2wt％～20wt％的纺丝原液；其中所述适度溶液为丙酮、酒精、pan中的一种或多种。
优选的，制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物复合粉末包括以下步骤：
s2-1:高纯硅与氧化亚硅混合；
s2-2:将所述步骤s2-1得到的混合物，通过高能球磨、电弧法、等离子喷射法中的一种或多种方法制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物的复合粉末；
s2-3:复合粉末分散收集。
优选的，所述热处理的条件为：所述一体化纤维膜在氮气或氩气保护下碳化热处理。
优选的，所述步骤s1-1中，在氮气保护下进行，且dmf与dmac体积比为1～50:1～50。
优选的，所述步骤s2-1高纯硅与氧化亚硅质量比为5～1:1～20。
优选的，所述步骤s2-2具体步骤为：
将所述步骤s2-1得到的混合物中加入，高能球磨采用湿磨，反复循环球磨，球磨时间为4～20h；
所述分散剂为dmf、丙酮、酒精、pan中的一种或多种。
优选的，所述热处理的温度为600～1200℃，处理时间为0.5h～10h。
(三)有益效果
本发明提供了一种静电纺丝制备硅碳极耳材料的工艺。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明采用聚酰亚胺替代传统铜箔作为极耳材料，改善了铜界面与负极材料界面相容差性能；由于不添加高分子粘贴剂，负极活性物与聚酰亚胺直接接触，有效提高了电子传输速度与电子循环稳定性。从制备极耳的材料的根源处解决了现有的极耳存在导电性能差的技术问题。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例通过提供一种静电纺丝制备硅碳极耳材料的工艺，由于现有在负极材料极耳的制备过程中，负极材料与铜箔结合需加入高分子粘结剂，而粘结剂为非导电高分子，阻碍了电子导电通道，降低了传输速度；同时由于高分子粘结性能随电子的传输与铜界面与负极材料界面相容性差的影响，影响了电池循环稳定性与容量。因此现有的极耳存在导电性能差的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述串扰的问题，总体思路如下：采用聚酰亚胺替代铜箔，改善了铜界面与负极材料界面相容差性能；由于不添加高分子粘贴剂，负极活性物与聚酰亚胺直接接触，有效提高了电子传输速度与电子循环稳定性。从制备极耳的材料的根源处解决了现有的极耳存在导电性能差的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将以具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
一种静电纺丝制备硅碳极耳材料的工艺，包括以下步骤：
制备聚酰亚胺溶液；
制备纳米硅、氧化亚硅和锂元复合粉末；
将所述聚酰亚胺溶液与所述复合粉末超声分散，形成悬浮液，通过静电纺丝机制备成一体化纤维膜；
所述一体化纤维膜进行热处理后制备得到硅碳极耳材料。
上述实施例在具体实施过中，采用聚酰亚胺替代铜箔，改善了铜界面与负极材料界面相容差等技术难题；由于不添加高分子粘贴剂，负极活性物与聚酰亚胺直接接触，有效提高了电子传输速度与电子循环稳定性。从制备极耳材料的根源处解决了现有的极耳存在导电性能差的技术问题。
具体的，制备聚酰亚胺溶液包括以下步骤：
s1-1:将酮酐和甲醇钠溶剂于dmf与dmac混合液中；
s1-2:在所述步骤s1-1的极性溶剂中缓慢滴加tdi和mdr溶解，缩聚反应得到粘稠的pi溶液；
s1-3:将制备得到的pi聚合物溶液，沉淀在丙酮溶剂中，过滤提纯；
s1-4:所述步骤s1-3:过滤得到的粉末溶解于dmf与dmac混合液中，掺加适度溶液制成粘度为50～600pa.s、浓度为2wt％～20wt％的纺丝原液；所述适度溶液为丙酮、酒精、pan中的一种或多种。通过上述实施例制备聚酰亚胺溶液为后续的静电防丝的提供基础。
具体实施过程中，制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物复合粉末包括以下步骤：
s2-1:高纯硅、氧化亚硅与锂元化合物混合；具体的该高纯硅是指纯度大于99.5％的硅；
s2-2:将所述步骤s2-1得到的混合物，通过高能球磨、电弧法、等离子喷射法中的一种或多种方法制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物的复合粉末；
s2-3:复合粉末分散收集；具体的以dmf为分散剂，在制备后期掺入上述复合粉末中防止粉末团聚。
具体实施过程中，所述热处理的条件为：所述一体化纤维膜在氮气或氩气保护下碳化热处理。
具体实施过程中，所述步骤s1-1中，在氮气保护下进行，且dmf与dmac体积比为1～50:1～50，以充分减少氧化还原反应的进行。
具体实施过程中，所述步骤s2-1高纯硅与氧化亚硅质量比为5～1:1～20，以充分减少减少体积膨胀。
具体实施过程中，所述步骤s2-2具体步骤为：
将所述步骤s2-1得到的混合物中加入，高能球磨采用湿磨，反复循环球磨，球磨时间为4～20h；
所述分散剂为dmf、丙酮、酒精、pan中的一种或多种。
具体实施过程中，所述步骤s4热处理的温度为600～1200℃，处理时间为0.5h～10h。
下面通过具体的实施例，进行详细的说明：
实施例1：
一种静电纺丝制备硅碳极耳材料的工艺，包括以下步骤：
(1)制备聚酰亚胺溶液；
s1-1:将酮酐和甲醇钠溶剂于dmf与dmac混合液中；所述步骤s1-1中，在氮气保护下进行，且dmf与dmac体积比为1:1。
s1-2:在所述步骤s1-1的极性溶剂中缓慢滴加tdi和mdr溶解，缩聚反应得到粘稠的pi溶液；所述步骤s2-1高纯硅与氧化亚硅质量比为5:1。
s1-3:将制备得到的pi聚合物溶液，沉淀在丙酮溶剂中，过滤提纯；
s1-4:所述步骤s1-3:过滤得到的粉末溶解于dmf与dmac混合液中，掺加适度溶液制成粘度为50pa.s、浓度为2wt％的纺丝原液；其中所述适度溶液为丙酮、酒精、pan中的一种或多种。
(2)制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物复合粉末；
s2-1:高纯硅、氧化亚硅与锂元化合物混合；
s2-2:将所述步骤s2-1得到的混合物，通过高能球磨、电弧法、等离子喷射法中的一种或多种方法制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物的复合粉末；所述步骤s2-2具体步骤为：
将所述步骤s2-1得到的混合物中加入，高能球磨采用湿磨，反复循环球磨，球磨时间为4h；
所述分散剂为dmf、丙酮、酒精、pan中的一种或多种。
s2-3:复合粉末分散收集，以dmf为分散剂，在制备后期掺入上述复合粉末中防止粉末团聚。
(3)将所述聚酰亚胺溶液与所述复合粉末超声分散，形成悬浮液，通过静电纺丝机制备成一体化纤维膜；
(4)所述一体化纤维膜进行热处理后制备得到硅碳极耳材料。
所述热处理的条件为：所述一体化纤维膜在氮气或氩气保护下碳化热处理。所述步骤s4热处理的温度为600℃，处理时间为0.5hh。
实施例2：
一种静电纺丝制备硅碳极耳材料的工艺，包括以下步骤：
(1)制备聚酰亚胺溶液；
s1-1:将酮酐和甲醇钠溶剂于dmf与dmac混合液中；所述步骤s1-1中，在氮气保护下进行，且dmf与dmac体积比为1:50。
s1-2:在所述步骤s1-1的极性溶剂中缓慢滴加tdi和mdr溶解，缩聚反应得到粘稠的pi溶液；所述步骤s2-1高纯硅与氧化亚硅质量比为1:1。
s1-3:将制备得到的pi聚合物溶液，沉淀在丙酮溶剂中，过滤提纯；
s1-4:所述步骤s1-3:过滤得到的粉末溶解于dmf与dmac混合液中，掺加适度溶液制成粘度为600pa.s、浓度为20wt％的纺丝原液；其中所述适度溶液为丙酮、酒精、pan中的一种或多种。
(2)制备纳米硅、氧化亚硅和锂元复合粉末；
s2-1:高纯硅、氧化亚硅与锂元化合物混合；
s2-2:将所述步骤s2-1得到的混合物，通过高能球磨、电弧法、等离子喷射法中的一种或多种方法制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物的复合粉末；所述步骤s2-2具体步骤为：
将所述步骤s2-1得到的混合物中加入，高能球磨采用湿磨，反复循环球磨，球磨时间为20h；
所述分散剂为dmf、丙酮、酒精、pan中的一种或多种。
s2-3:复合粉末分散收集，以dmf为分散剂，在制备后期掺入上述复合粉末中防止粉末团聚。
(3)将所述聚酰亚胺溶液与所述复合粉末超声分散，形成悬浮液，通过静电纺丝机制备成一体化纤维膜；
(4)所述一体化纤维膜进行热处理后制备得到硅碳极耳材料。
所述热处理的条件为：所述一体化纤维膜在氮气或氩气保护下碳化热处理。所述步骤s4热处理的温度为61200℃，处理时间为10h。
实施例3：
一种静电纺丝制备硅碳极耳材料的工艺，包括以下步骤：
(1)制备聚酰亚胺溶液；
s1-1:将酮酐和甲醇钠溶剂于dmf与dmac混合液中；所述步骤s1-1中，在氮气保护下进行，且dmf与dmac体积比为50:1。
s1-2:在所述步骤s1-1的极性溶剂中缓慢滴加tdi和mdr溶解，缩聚反应得到粘稠的pi溶液；所述步骤s2-1高纯硅与氧化亚硅质量比为1:20。
s1-3:将制备得到的pi聚合物溶液，沉淀在丙酮溶剂中，过滤提纯；
s1-4:所述步骤s1-3:过滤得到的粉末溶解于dmf与dmac混合液中，掺加适度溶液制成粘度为200pa.s、浓度为10wt％的纺丝原液；其中所述适度溶液为丙酮、酒精、pan中的一种或多种。
(2)制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物复合粉末；
s2-1:高纯硅、氧化亚硅与锂元化合物混合；
s2-2:将所述步骤s2-1得到的混合物，通过高能球磨、电弧法、等离子喷射法中的一种或多种方法制备纳米硅、氧化亚硅和锂元化合物的复合粉末；所述步骤s2-2具体步骤为：
将所述步骤s2-1得到的混合物中加入，高能球磨采用湿磨，反复循环球磨，球磨时间为12h；
所述分散剂为dmf、丙酮、酒精、pan中的一种或多种。
s2-3:复合粉末分散收集，以dmf为分散剂，在制备后期掺入上述复合粉末中防止粉末团聚。
(3)将所述聚酰亚胺溶液与所述复合粉末超声分散，形成悬浮液，通过静电纺丝机制备成一体化纤维膜；
(4)所述一体化纤维膜进行热处理后制备得到硅碳极耳材料。
所述热处理的条件为：所述一体化纤维膜在氮气或氩气保护下碳化热处理。所述步骤s4热处理的温度为900℃，处理时间为6h。
对上述实施例1～3制备的产品的电阻进行检测，采用全自动四探针电阻测试仪进行检测，选取对比例1和对比例2作为参考，检测结果如下表1所示：
表1导电性对比
其中对比例1和2为普通锂电池涂层极耳，其制备方法为：采用铜泊为负极载体，以高分子pvdf为粘结剂，与碳黑，活性物，经搅拌，涂布于铜片上，干燥等工艺。
通过上述数据能够明确得到本发明制备的极耳材料的导电性得到极大的提升。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。