應用鎂金屬化學還原法制備多孔Si/Si-O-C負極材料機理研究*

鄭春滿，劉　相，謝　凱，韓　喻

(國防科技大學 航天科學與工程學院, 湖南 長沙　410073)

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應用鎂金屬化學還原法制備多孔Si/Si-O-C負極材料機理研究*

鄭春滿，劉相，謝凱，韓喻

(國防科技大學 航天科學與工程學院, 湖南 長沙410073)

摘要：以二乙烯基苯和聚硅氧烷為原料經先驅體轉化法制備Si-O-C材料，利用鎂金屬在惰性氣氛保護下高溫還原制備多孔的Si/Si-O-C負極材料。利用X射線衍射、能譜分析、元素分析和場發射掃描電鏡分析多孔Si/Si-O-C負極材料的組成、結構、形貌，從而研究利用鎂金屬化學還原法制備多孔Si/Si-O-C負極材料的機理。結果表明，鎂金屬在還原過程中生成MgO和Mg2SiO4等產物，經HCl洗滌后可形成多孔的Si/Si-O-C負極材料。Si/Si-O-C材料中的單質硅分布于多孔的Si-O-C相中，一定程度上可緩解Si在循環過程中產生的體積效應。利用鎂金屬還原Si-O-C材料制備多孔Si/Si-O-C材料是一種可行的制備方法。

關鍵詞：Si/Si-O-C負極材料；鎂金屬；還原；機理

碳素類材料因具有低且平穩的工作電壓、良好的循環性能和高安全性等優點而成為目前商業化鋰離子電池中最常用的負極材料[1-2]。然而石墨類碳材料的理論比容量僅為372mAh·g-1，因此，為滿足鋰離子電池高比能量和高比功率的要求，需要探索新型的負極材料[3-5]。

硅材料是已知其他材料中具有最高比容量(4200mAh·g-1)的新型負極材料, 但是在鋰離子嵌入后體積膨脹(360%～400%), 結構容易坍塌，從集流體上脫落從而導致較大的不可逆容量[6-7]。針對這一問題，國內外學者開展了大量的研究，如納米化[8-11]、薄膜化[12-16]、復合化[17-21]等。在上述……