硅納米負(fù)極材料的化學(xué)法制備及其鋰離子電池性能.pdf

1、硅納米材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有良好的性能，是新一代高比能量鋰離子電池中代替石墨負(fù)極最富潛力的材料之一。因此，高效制備硅納米電極材料的研究就顯得尤為重要。本論文立足于設(shè)計新的反應(yīng)體系、發(fā)展新的化學(xué)路線制備硅納米材料，采用鎂粉為還原劑，以廉價的硅酸鹽、硅氧化合物以及工業(yè)初硅等為硅源，建立熔鹽、水熱等反應(yīng)體系以及空氣氧化去鎂等方法合成硅納米電極材料，研究其中的反應(yīng)機(jī)理，并對獲得的硅納米材料進(jìn)行鋰離子電池電化學(xué)性能研究，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高性能

2、的硅納米電極材料宏量制備提供路線。具體的內(nèi)容如下:
　　1、發(fā)展了熔鹽體系中的鎂熱還原二氧化硅制備硅納米材料的反應(yīng)。在700℃下形成Mg-NaCl-KCl的無機(jī)液相共熔體，首次利用柯肯達(dá)爾效應(yīng)制備中空硅納米材料，擺脫了傳統(tǒng)鎂熱還原反應(yīng)具有保型性的限制，為硅納米材料的形貌調(diào)控提供路線。制備得到的中空硅納米囊泡型材料，產(chǎn)率高達(dá)80％，在沒經(jīng)任何修飾的情況下，0.36A g-1電流密度下循環(huán)200圈比容量保持712mAh g-1。

3、>　　2、提出了低溫鎂還原九水硅酸鈉制備硅納米材料的方法。在200℃下，利用鎂還原九水硅酸鈉晶體制備了蜂窩狀的硅納米材料，該反應(yīng)溫度是工業(yè)上碳熱還原二氧化硅(1400℃)制備硅材料的七分之一，是鎂熱還原二氧化硅(650℃)的三分之一。機(jī)理分析顯示，在反應(yīng)過程中結(jié)晶水起了重要的作用;得到的硅納米材料經(jīng)石墨烯復(fù)合后，在3.6A g-1下循環(huán)300圈容量保持在576mAh g-1。另一方面，該反應(yīng)路線也成功的擴(kuò)展至其它硅化物的低溫合成，如Si

4、C、MgSiN2等。審稿人評價該工作“對于新能源材料方面的研究者，該結(jié)果是意義深遠(yuǎn)并且是非常重要的”;“這是該領(lǐng)域上的一個進(jìn)展”。
　　3、發(fā)展了一種水熱鎂還原硅氧化合物低溫制備硅納米材料的方法。反應(yīng)溫度在200℃以下，反應(yīng)方程式為:(SiO2+Mg+H2O→Mg(OH)2+H2+Si)，實(shí)現(xiàn)了二氧化硅的低溫鎂還原過程。機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，水熱鎂還原反應(yīng)中氫離子濃度影響反應(yīng)起始溫度，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的自生熱以及活性氫中間體促使了反應(yīng)在較低

5、溫度下發(fā)生。硅源可以采用硅溶膠、水相硅酸鹽如水玻璃、無定形含水二氧化硅固體如硅凝膠、含硅礦物如硅藻土等，展示出較廣的普適性，為進(jìn)一步宏量制備硅納米材料提供了基礎(chǔ)。得到的介孔硅納米材料在3.6A g-1下循環(huán)400圈后仍具有950mAh g-1的比容量;在電流密度高達(dá)18A g-1時，該材料的比容量還能保持在350mAh g-1。該方法可以進(jìn)一步的用于制備高振實(shí)密度并且性能優(yōu)異的鍺負(fù)極。該負(fù)極與工業(yè)鈷酸鋰正極進(jìn)行全電池的組裝和測試，在循環(huán)