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新型回轉爐窯制造商

突破更多燒結應用場景

利用累托石制備片狀多孔硅碳負極材料

發布時間：2021.04.08

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便攜式移動設備的微型化和電動交通工具的快速發展對儲能系統，尤其對鋰離子電池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。研發具備更高的比容量、更長的使用壽命的鋰電池負極材料已經成為當今鋰電池研究的熱點之一。

硅基負極材料具有高容量(Li22Sis最高達4200 mAh/g)、低脫嵌鋰電壓及環境友好等優點，有望成為替代目前商業化石墨的下一代負極材料然而，過度的體積膨脹(300%)使硅材料在充放電過程中容易破裂，導致電池庫侖效率低、循環穩定性差和安全性差等問題。構建多.孔分級微納結構可有效緩解體積膨脹、減小極化和提高材料嵌脫鋰的可逆性。但是硅的本征電導率很低，而且大的比表面積使多孔硅易于形成氧化層，影響硅基鋰電負極材料的首次效率、比容量、循環性和倍率等性能。同時硅在常規的電解液中很難形成穩定的固體電解質膜，導致循環性能下降。在多孔硅材料表面涂覆碳層，形成硅碳復合材料可以有效提高材料導電性和化學穩定性，促使形成穩定的SEI膜。

如Yushin等通過原位法制備的硅碳復合材料在100 次循環后沒有明顯衰減，可逆容量達到1590 mAh/gf9。如何獲得高質量的多孔硅是構建高性能硅碳復合材料首先要解決的問題。利用“Top-down"的方法直接刻蝕硅是制備多孔硅的方法之一，但是對原料的利用率低、能耗大。模板法也是制備多孔硅的常用方法，其制備方法更簡單、成本更低。

2007年Bao 等10發現二氧化硅經過鎂熱還原后可形成納米級的硅、氧化鎂和硅鎂合金混合物，經過酸洗即可獲得多孔硅材料。利用鳳谷陶瓷回轉窯燒結，鎂熱還原反應已被證明是從二氧化硅制備多孔硅的有效方法，利用該方法可將多種含氧化硅材料，如石英砂，黏土等轉化為多孔硅儲鋰材料。利用鎂熱還原技術可以實現從累托石到多孔硅的轉化，而且累托石特殊的層狀結構和Si-A1交替分布的特征使得所得多孔硅為片狀結構。這種特殊的片狀多孔結構有利于容納在充放電過程中的體積變化，防止材料粉化。有利于電解液浸潤和離子遷移，提高材料的倍率性能。通過碳包覆制備的硅碳復合材料可逆容量可達1300 mAh.g-'，同時具有良好的循環穩定性和倍率特性。以上研究表明利用累托石制備高性能硅基鋰電池負極材料是可行的，為累托石的高值化綜合利用提供候選途徑。