CN109524639A - 利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用静电纺丝制备锂离子电池g‑C3N4/硅碳负极材料的方法。该方法包括如下步骤：(1)将聚乙烯吡咯烷酮加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；(2)将纳米硅加入到聚乙烯吡咯烷酮溶液中，得到混合溶液A；(3)将尿素加入到混合溶液A中，得到混合溶液B；(4)将混合溶液B进行静电纺丝，得到硅聚合物复合材料；(5)将硅聚合物复合材料置于惰性气体环境中，升温至200～400℃恒温保持3～6小时，然后升温至500～700℃恒温保持3～6小时，得到锂离子电池g‑C3N4/硅碳负极材料。本发明制备的锂离子电池g‑C3N4/硅碳负极材料具体首比容量高、循环稳定以及倍率性能好等优点。
Description
技术领域
本发明属于能源储能材料技术领域，特别涉及一种利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法及其应用。
背景技术
锂电池目前广泛应用于电动汽车、手机、笔记本电脑、智能穿戴设备等便携式电化学储能市场。然而，市场主要使用的是以石墨为主的负极材料的锂电池。然而，随着市场对锂电池的能量密度，安全性，可靠性，快速充电和循环稳定性的要求不断提高，石墨(理论比容量为372mAh g-1)不能满足市场需求。为了实现高能量转换效率和能量密度，高性能电化学储能技术已成为研究的热点。中国高度重视二次电池材料和关键技术的发展，并将其纳入2006～2020年中长期科学和技术发展规划纲要。在负极材料中，目前最有可能取代石墨作为锂电池负极材料的硅，其具有以下三点原因：1、硅的理论储锂比容量为4200mAh g-1，在所有能够合金化且可以储锂的元素中，硅的比容量是最高的。2、硅的电压平台略高于石墨(约为0.4V)，在低温充电或快速充电(嵌锂)时引起表面析锂的可能性小，安全性能要好于石墨。3、硅的储备非常充足，其约占地壳总重量的25.7％。而且使用硅作为电池负极材料的成本低，对环境比较友好且无毒。
用硅用作负电极材料时，也会存在一些缺陷。硅在颗粒在嵌锂时，会导致巨大的体积效应，多次充放电之后会引起电极材料的破裂。随后，引起强机械应力，电极活性材料和集电器之间的接触损失，并且活性的硅也发生粉化，从而导致电极的容量的快速衰减。
当硅被电化学储存用于锂时，产生固体电解质界面膜，即SEI膜。在脱锂时，硅颗粒变小导致SEI膜破裂，从而使新的硅表面暴露并且与电解质接触。在随后的多个循环期间，在新暴露的硅表面上产生新的SEI膜。这些SEI薄膜是电子绝缘体(用于锂离子的导体)，其对循环性能具有很大影响并且可以导致材料的阻抗升高。从而降低电极材料的电化学活性。
因此要改善硅材料的电化学性能，必须降低材料的体积变化和降低硅与电解液的直接接触，通过对材料的优化和改性使材料更实用化。针对以上硅基负极存在的问题，国内外已有的相关研究工作主要体现在以下几个方面：1、从硅的结构形态出发，减小硅颗粒尺寸以降低由于体积膨胀积累的应力，设计制备各种形貌的纳米硅，多孔硅及硅薄膜材料。2、以硅为基体，采用物理化学的方法与活性和非活性基体复合制备各种硅基复合材料。提高硅基负极的电子电导和锂离子的传输，通过二元复合增加硅表面的界面稳定性。此外，从集流体，电解液和粘结剂出发提高硅与集流体的电接触，改善硅的界面形成稳定的界面膜也是研究的重要方向。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法。
本发明的另一目的在于提供所述利用静电纺丝制备得到的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料。
本发明的再一目的在于提供所述利用静电纺丝制备的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法，包括如下步骤：
(1)将聚乙烯吡咯烷酮加入到N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；
(2)将纳米硅加入到步骤(1)中得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，超声分散均匀，得到混合溶液A；
(3)将尿素加入到步骤(2)中得到的混合溶液A中，搅拌混合均匀，得到混合溶液B；
(4)将步骤(3)中得到的混合溶液B进行静电纺丝，得到硅聚合物复合材料；
(5)将步骤(4)中得到的硅聚合物复合材料置于惰性气体环境中，升温至200～400℃恒温保持3～6小时，然后升温至500～700℃恒温保持3～6小时，得到锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料。
步骤(1)中所述的聚乙烯吡咯烷酮为常规市售商用聚乙烯吡咯烷酮；优选为分子量为130万的聚乙烯吡咯烷酮。
步骤(1)中所述的N,N-二甲基甲酰胺为常规市售商用N,N-二甲基甲酰胺；优选纯度大于等于99.9％的N,N-二甲基甲酰胺。
步骤(1)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的添加量为按每毫升(ml)N,N-二甲基甲酰胺配比50～100mg聚乙烯吡咯烷酮计算；优选为按每毫升(ml)N,N-二甲基甲酰胺配比60mg聚乙烯吡咯烷酮计算。
步骤(1)中所述的搅拌的条件优选为：40～60℃搅拌3～6小时。
步骤(2)中所述的纳米硅的粒径为20～100nm；优选为30～80nm；所述的纳米硅优选为通过如下方法制备得到：将硅粉利用射频等离子体系统进行高温气化处理，得到气态硅；然后将气态硅急速冷却，得到纳米硅。
所述的硅粉优选为200目(74μm)的硅粉。
所述的高温气化处理优选为通过如下方法实现：将硅粉置于射频等离子体系统中，调整射频等离子体系统中的射频电流，使得惰性气体产生等离子体束流，实现5000～12000℃高温环境，将粗硅气化成气态硅。
所述的高温环境的温度优选为9000～12000℃。
所述的射频电流优选为5.8A～7.3A。
所述的惰性气体优选氩气。
所述的急速冷却优选为采用液氮急速冷却，其急速冷却的速度为100～500℃/min；优选为250～500℃/min。
步骤(2)中所述的纳米硅与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.6～1.0：1；优选为0.7:1.0。
步骤(2)中所述的超声分散的条件为：20～25kHz超声分散3～6分钟；优选为：20kHz超声分散5分钟。
所述的利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法，还包括将步骤(2)中得到混合溶液A继续搅拌的步骤；所述的搅拌的条件为：40～60℃下搅拌3～5小时。
步骤(3)中所述的尿素为常规市面可购买的尿素；优选纯度大于等于99％的尿素。
步骤(3)中所述的尿素与所述纳米硅的质量比为0.4～0.8：1；优选为0.4：1。
步骤(3)中所述的搅拌的条件为：40～60℃搅拌10～30小时；优选为：40～60℃搅拌15～24小时。
步骤(4)中所述的静电纺丝为采用高压静电纺丝机进行静电纺丝。
步骤(4)中所述的静电纺丝的条件为：正高压10～18kV，负高压0.5～2kV；静电纺丝的距离10～25厘米(针头与圆筒收集器的距离为10～25厘米)；环境温度25～40℃；相对湿度30～60％；出料速度1～3ml/h；接收材料的圆筒收集器的自转速度200～400r/min；优选为：正高压14～16kV，负高压1～2kV；静电纺丝的距离15厘米；环境温度25～30℃；相对湿度40～45％；出料速度1～2ml/h；接收材料的圆筒收集器的自转速度300r/min；更优选为：正高压14～16kV，负高压1～2kV；静电纺丝的距离15厘米；环境温度30℃；相对湿度40％；出料速度1ml/h；接收材料的圆筒收集器的自转速度300r/min。
所述的静电纺丝所用的针头的内径为0.4～0.67毫米；优选为0.5毫米。
所述的圆筒收集器上覆盖有一层铜箔，其铜箔的厚度为8～12微米；优选为9微米。
步骤(5)中所述的惰性气体为氮气或氩气；优选为纯度为99.999％的氮气或纯度为99.999％的氩气。
步骤(5)中所述的升温的速度为1～5℃/min；优选为2℃/min。
一种锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料，通过上述任一项所述的方法制备得到。
所述的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料在制备锂电池电极材料中的应用。
一种锂离子电池负极片，包含所述的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料。
所述的锂离子电池负极片的制备方法，包含如下步骤：将上述锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料在60～120℃条件下真空干燥10～24h，然后辊压，得到锂离子电池负极片。
所述的辊压的厚度为70～140微米；优选为80微米。
所述的真空干燥的条件优选为：80℃真空干燥12h。
所述的锂离子电池负极片在制备锂电池中的应用。
一种纽扣电池，包括所述的锂离子电池负极片，以及正极、电解液和隔膜。
所述的正极优选为锂片。
所述的电解液优选为通过如下方法制备得到：将EC(碳酸乙烯酯)、EMC(碳酸甲乙酯)和DMC(碳酸二甲酯)溶解到LiPF6溶液中，得到电解液。
所述的EC(碳酸乙烯酯)、EMC(碳酸甲乙酯)和DMC(碳酸二甲酯)的体积比为1:1:1。
所述的LiPF6溶液的浓度为1mol/L。
所述的隔膜优选为聚丙烯微孔膜Celgard-2400。
本发明的原理：
本发明采用了射频感应等离子体技术制备得到的球形纳米硅，颗粒粒径很小(20～100nm)，同时通过用聚乙烯吡咯烷酮当做碳源对纳米硅进行包覆，通过静电纺丝形成直径约250nm的纳米线，把纳米硅串连起来，减少纳米硅的团聚，同时形成的层状的类石墨相的氮化碳(g-C3N4)，g-C3N4中的碳、氮原子是通过sp2轨道杂化形成的碳氮键，且其晶体结构是类石墨的片层结构，每层的碳氮键的键能和键长相等，这样的结构为在嵌脱锂离子的时候提供了通道，增加锂离子的离子传输效率，同时纳米硅包覆的无定型碳层有助于缓解纳米硅在充放电时候的体积膨胀。
因此，本发明所制备的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料首比容量高、循环稳定等优点。通过一系列电化学测试，本发明制备方法得到的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料首次比容量达1500mAh/g以上。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明中的g-C3N4/硅碳负极材料以聚乙烯吡咯烷酮为碳源，通过静电纺丝形成约250nm的直径的纳米线，加入的尿素在经过热缩聚合法缩聚成无定型的类石墨相的氮化碳(g-C3N4)，从而形成不同尺寸的层状结构，提高锂离子的离子传输速度，获得到更好的倍率性能，首次放电比容量达1554mAh/g以上，循环性能稳定，倍率性能好，该方法能够改善硅材料的循环稳定性和大倍率性能。
(2)本发明无需涂布工艺，可以直接制备出锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料，且制备工艺简单，操作方便、成本低廉、产品均匀性好，可适用于工业化规模生产。
(3)本发明所制备的锂电池硅碳负极具有比容量高、循环性能稳定以及倍率性能好等优点，解决了现有硅基负极材料在实际制备应用时存在的较大的不可逆容量、差的导电性、循环稳定性及倍率性能糟糕等问题，能满足高容量长寿命电子设备的需求，使锂电池的应用范围更广。
(4)本发明工艺简单，无需锂电池电极材料制备中调浆、涂布的工艺，操作方便，可将g-C3N4/硅碳负极材料直接通过静电纺丝的纺丝生长在铜箔上，再放入管式炉中进行烧结并真空干燥、辊压，通过“一步法”制备出锂离子电池负极片。
附图说明
图1是实施例1、2和3制得纳米硅的射频等离子体设备图以及静电纺丝示意图；其中，图A为射频等离子体设备示意图；图B为静电纺丝示意图。
图2是实施例1制得的g-C3N4/硅碳负极材料的XRD谱图。
图3是实施例2制得的g-C3N4/硅碳负极材料的扫描电镜图。
图4是实施例3中制得的g-C3N4/硅碳负极材料的透射电镜镜图；其中，图a为层状的类石墨相的氮化碳(g-C3N4)；图b为被无定型碳包覆的纳米硅球。
图5是实施例3制得的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的充放电循环曲线图。
图6是实施例3制得的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料倍率性能循环曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)取射频等离子体设备制得纳米硅颗粒
将10g商业化粗硅粉末(粒径为200目，74μm)置入射频等离子体系统(图1A，15KWInduction plasma system，泰克纳等离子体系统公司，加拿大)中，并调节射频电流至5.8A，同步开启对氩气进行电感耦合等离子体束流，使其容腔温度至9000℃高温，将粗硅进行气化得到气态硅，随后开启气态硅的蒸汽阀门将气态硅导入液氮冷却仓(通过冷凝区是快速凝固)，冷却速度为250℃/min，得到冷却凝聚的纳米硅粉末，纳米硅的粒度大小约50～80nm。
(2)量取10ml的N,N-二甲基甲酰胺(纯度≥99.9％)，然后将0.6g的聚乙烯吡咯烷酮(分子量为130万)加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在50℃的温度下搅拌4小时，得到混合溶液I。随后称取0.42g的步骤(1)得到的纳米硅粉末，加入到混合溶液I中，在20kHz的频率下超声分散5分钟后，继续在50℃的温度下搅拌4小时，得到混合溶液II。接着称取0.21g的尿素(纯度大于等于99％)加入到混合溶液II中，在50℃的温度下继续搅拌20小时，得到混合溶液III。
(3)将步骤(2)中获得混合溶液III加入到10ml的针管中，其中选取内径为0.5毫米的针头。移动整体针管位置，直至针头与高压静电纺丝机(型号SS-1，厂家北京永康乐业；静电纺丝示意图如图1B所示)的圆筒收集器的距离为15厘米时停止。保持高压静电纺丝机内环境的温度为30℃，相对湿度为40％。圆筒收集器用9微米铜箔覆盖，设定静电纺丝的出料速度为1.5ml/h，圆筒收集器的自转速度为300r/min。随后将16kV的正高压负载在针头后端，圆筒收集器则负载1kV的负高压，得到硅聚合物复合材料。
(4)将步骤(3)中制得的硅聚合物复合材料放置管式炉中，通入纯度为99.999％的氩气，并按2℃/min的速度升温至300℃后保温3小时，接着继续以2℃/min的速度升温至570℃后保温3小时，最终得到g-C3N4/硅碳复合材料。
(5)将制得的g-C3N4/硅碳复合材料(硅聚合物复合材料直接通过静电纺丝的纺丝生长在铜箔上，将g-C3N4/硅碳复合材料和铜箔一同取下放入管式炉中)在80℃真空环境中干燥12个小时、辊压(厚度为80微米)制备成锂电池负极片1。
将步骤(1)制得的纳米硅粉末、硅碳复合材料以及步骤(4)制得的g-C3N4/硅碳复合材料进行XRD图谱检测，其结果如图2所示。分别比较了纳米硅与g-C3N4/硅碳复合材料、硅碳复合材料的衍射峰，在20～30°之间的XRD数据有微微的隆起证明是无定型碳。结果显示g-C3N4/硅碳复合材料与硅碳复合材料、纳米硅(步骤(1)中制得的纳米硅粉末)与硅碳复合材料的衍射峰的衍射峰都对的很一致，表明硅碳复合材料中既没有形成没有碳化合物，也没有形成硅化物，即在整个制备工艺的过程中，纳米硅的相没有发生变化，属于物理复合。图2是根据实施例1制得的g-C3N4/硅碳负极材料的XRD图谱图，其中可以看出硅的XRD峰和纯硅的峰对应的很好，吻合度非常高，没有其他杂质的峰。其中，硅碳复合材料是由硅聚合物复合材料制备得到，而硅聚合物复合材料是由硅和聚合物溶液(包含N,N-二甲基甲酰胺以及聚乙烯吡咯烷酮)制备得到；其具体制备方法如下：
(A)方法同上述步骤(1)～(3)，差别在于：步骤(2)中不加入尿素，制得硅聚合物复合材料；
(B)烧结工艺：将硅聚合物复合材料和铜箔一同放置管式炉中，通入纯度为99.999％的氩气，并按2℃/min的速度升温至270℃后保温3小时，接着继续以2℃/min的速度升温至550℃后保温3小时，最终得到硅碳复合材料。
常温条件下，采用Neware电化学测试系统测试实施例1的电极材料装成的纽扣电池的电化学性能，其中正极为锂片，把EC(碳酸乙烯酯)/EMC(碳酸甲乙酯)/DMC(碳酸二甲酯)按照1:1:1的比例溶解在1mol/L的LiPF6溶液中作为电解液，隔膜为聚丙烯微孔膜Celgard-2400，在充满氩气的手套箱中组装成纽扣电池，随后进行电化学性能测试。在100mA/g的电流密度，电压窗口为0.01～1.5V下进行恒流充放电循环测试。测试结果：首次放充电比容量为1930/1127mAh/g，首次效率达到58.4％。
实施例2
(1)取射频等离子体设备制得纳米硅颗粒
将10g商业化粗硅粉末(粒径为200目，74μm)置入超高温电感等离子体系统(图1A，15KW Induction plasma system)中，并调节射频电流至6.2A，同步开启电感耦合等离子体束流，使其容腔温度至11000℃高温，将粗硅进行气化得到气态硅，随后开启气态硅的蒸汽阀门将气态硅导入液氮冷却仓，(通过冷凝区是快速凝固)，冷却速度为350℃/min，得到冷却凝聚的纳米硅粉末，纳米硅的粒度大小约40～60nm。
(2)量取10ml的N,N-二甲基甲酰胺(纯度≥99.9％)，然后将0.6g的聚乙烯吡咯烷酮(分子量为130万)加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在40℃的温度下搅拌6小时，得到混合溶液I。随后称取0.42g步骤(1)得到的纳米硅粉末加入到混合溶液I中，在20kHz的频率下超声分散5分钟后，继续在40℃的温度下搅拌7小时，得到混合溶液II。接着称取0.21g的尿素(纯度大于等于99％)加入到混合溶液II中，在40℃的温度下继续搅拌24小时，得到混合溶液III。
(3)将步骤(2)中获得混合溶液III加入到10ml的针管中，其中选取内径为0.5毫米的针头。移动整体针管位置，直至针头与高压静电纺丝机的圆筒收集器的距离为15厘米时停止。保持高压静电纺丝机内环境的温度为25℃，相对湿度为40％。设定静电纺丝的出料速度为2.0ml/h，圆筒收集器用9微米铜箔覆盖，圆筒收集器的自转速度为300r/min。随后将14kV的正高压负载在针头后端，圆筒收集器则负载2kV的负高压，得到硅聚合物复合材料。
(4)将步骤(3)中制得的硅聚合物复合材料(硅聚合物复合材料直接通过静电纺丝的纺丝生长在铜箔上，然后将g-C3N4/硅碳复合材料和铜箔一同取下即可)放置在管式炉中，通入纯度为99.999％的氩气，并按2℃/min的速度升温至300℃后保温3小时，接着继续以2℃/min的速度升温至570℃后保温4小时，最终得到g-C3N4/硅碳复合材料。
(5)将制得的g-C3N4/硅碳复合材料在80℃真空环境中干燥12个小时、辊压(厚度为80微米)制备成锂电池负极片2。
图3是实施例3中制得的g-C3N4/硅碳负极材料的扫描电子显微镜图，可以看出静电纺丝的样品直接约有200nm。
常温条件下，采用Neware电化学测试系统测试实施例2的电极材料装成的扣式电池(方法同实施例1)的电化学性能。在100mA/g的电流密度，电压窗口为0.01～1.5V下进行恒流充放电循环测试。测试结果：首次放充电比容量为1630/1027mAh/g，首次效率达到63.0％。
实施例3
(1)取射频等离子体设备制得纳米硅颗粒
将10g商业化粗硅粉末(粒径为200目，74μm)置入超高温电感等离子体系统(图1A，15KW Induction plasma system)中，并调节射频电流至7.3A，同步开启电感耦合等离子体束流，使其容腔温度至12000℃高温，将粗硅进行气化得到气态硅，随后开启气态硅的蒸汽阀门将气态硅导入液氮冷却仓(通过冷凝区是快速凝固)，冷却速度为500℃/min，得到冷却凝聚的纳米硅粉末，纳米硅的粒度大小约30～50nm。
(2)量取10ml的N,N-二甲基甲酰胺(纯度≥99.9％)，然后将0.6g的聚乙烯吡咯烷酮(分子量为130万)加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在60℃的温度下搅拌3小时，得到混合溶液I。随后称取0.42g步骤(1)得到的纳米硅粉末加入到混合溶液I中，在20kHz的频率下超声分散5分钟后，继续在60℃的温度下搅拌3小时，得到混合溶液II。接着称取0.21g的尿素(纯度大于等于99％)加入到混合溶液II中，在60℃的温度下继续搅拌15小时，得到混合溶液III。
(3)将步骤(2)中获得混合溶液III加入到10ml的针管中，其中选取内径为0.5毫米的针头。移动整体针管位置，直至针头与高压静电纺丝机的圆筒收集器的距离为15厘米时停止。保持高压静电纺丝机内环境的温度为30℃，相对湿度为45％。设定静电纺丝的出料速度为1.0ml/h，圆筒收集器用9微米铜箔覆盖，圆筒收集器的自转速度为300r/min。随后将14kV的正高压负载在针头后端，圆筒收集器则负载1.5kV的负高压，得到硅聚合物复合材料。
(4)将步骤(3)中制得的硅聚合物复合材料(硅聚合物复合材料直接通过静电纺丝的纺丝生长在铜箔上，然后将g-C3N4/硅碳复合材料和铜箔一同取下即可)放置在管式炉中，通入纯度为99.999％的氩气，并按2℃/min的速度升温至250℃后保温4小时，接着继续以2℃/min的速度升温至550℃后保温4小时，最终得到g-C3N4/硅碳复合材料。
(5)将制得的g-C3N4/硅碳复合材料在80℃真空环境中干燥12个小时、辊压(厚度为80微米)制备成锂电池负极片3。
图4是实施例3中制得的g-C3N4/硅碳负极材料的透射电镜镜图；其中图4a为层状的类石墨相的氮化碳(g-C3N4)；图4b为被无定型碳包覆的纳米硅球。
图5、6是实施例3中制得锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料电化学性能(其中纳米硅为步骤(1)中制得的纳米硅粉末，硅碳复合材料的制备方法同实施例1)。展示了有墨相的氮化碳(g-C3N4)的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料有着良好的循环性能；在图6中锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料有着较好的倍率性能。
常温条件下，采用Neware电化学测试系统测试实施例3的电极材料装成的扣式电池(方法同实施例1)的电化学性能。在100mA/g的电流密度，电压窗口为0.01～1.5V下进行恒流充放电循环测试。测试结果：首次放充电比容量为1554/1063mAh/g，首次效率达到69.0％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚乙烯吡咯烷酮加入到N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；
(2)将纳米硅加入到步骤(1)中得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，超声分散均匀，得到混合溶液A；
(3)将尿素加入到步骤(2)中得到的混合溶液A中，搅拌混合均匀，得到混合溶液B；
(4)将步骤(3)中得到的混合溶液B进行静电纺丝，得到硅聚合物复合材料；
(5)将步骤(4)中得到的硅聚合物复合材料置于惰性气体环境中，升温至200～400℃恒温保持3～6小时，然后升温至500～700℃恒温保持3～6小时，得到锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料。
2.根据权利要求1所述的利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的纳米硅与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.6～1.0：1；
步骤(3)中所述的尿素与所述纳米硅的质量比为0.4～0.8：1。
3.根据权利要求1所述的利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的静电纺丝的条件为：正高压10～18kV，负高压0.5～2kV；静电纺丝的距离10～25厘米；环境温度25～40℃；相对湿度30～60％；出料速度1～3ml/h；接收材料的圆筒收集器的自转速度200～400r/min。
4.根据权利要求3所述的利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的静电纺丝的条件为：正高压14～16kV，负高压1～2kV；静电纺丝的距离15厘米；环境温度25～30℃；相对湿度40～45％；出料速度1～2ml/h；接收材料的圆筒收集器的自转速度300r/min；
所述的静电纺丝所用的针头的内径为0.4～0.67毫米；
所述的圆筒收集器上覆盖有一层铜箔，其铜箔的厚度为8～12微米。
5.根据权利要求1所述的利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的纳米硅的粒径为20～100nm；所述的纳米硅通过如下方法制备得到：将硅粉利用射频等离子体系统进行高温气化处理，得到气态硅；然后将气态硅急速冷却，得到纳米硅；
所述的高温气化处理通过如下方法实现：将硅粉置于射频等离子体系统中，调整射频等离子体系统中的射频电流，使得惰性气体产生等离子体束流，实现5000～12000℃高温环境，将粗硅气化成气态硅；
所述的射频电流为5.8A～7.3A。
6.根据权利要求1所述的利用静电纺丝制备锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的添加量为按每毫升N,N-二甲基甲酰胺配比50～100mg聚乙烯吡咯烷酮计算；
步骤(1)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量为130万；
步骤(1)中所述的搅拌的条件为：40～60℃搅拌3～6小时；
步骤(2)中所述的超声分散的条件为：20～25kHz超声分散3～6分钟；
步骤(3)中所述的搅拌的条件为：40～60℃搅拌10～30小时；
步骤(5)中所述的惰性气体为氮气或氩气；
步骤(5)中所述的升温的速度为1～5℃/min。
7.一种锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料，其特征在于：通过权利要求1～6任一项所述的方法制备得到。
8.权利要求7所述的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料在制备锂电池电极材料中的应用。
9.一种锂离子电池负极片，其特征在于：包含权利要求7所述的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料。
10.权利要求9所述的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：将权利要求7所述的锂离子电池g-C3N4/硅碳负极材料在60～120℃条件下真空干燥10～24h，然后辊压，得到锂离子电池负极片；
所述的辊压的厚度为70～140微米。
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