利用熱等離子發(fā)生器,分別在功率為13.2、14.3和15.4kW時制得了比表面積為84.16、126.26、172.02m²/g的納米SiO顆粒,與原始SiO顆粒比表面積1.95m²/g相比,產(chǎn)物比表面積隨等離子體功率升高而增大。TEM結(jié)果表明制備出的納米SiO顆粒形貌為近球形,且隨等離子體功率升高,得到的粒徑越小分布越均勻。分別以3種功率制備納米SiO為負極活性材料測試鋰電池性能,首次放電容量分別為1 732、1 771、1 924mA·h/g,50次循環(huán)后其容量保持在313、316、395mA·h/g;而原始SiO顆粒首次放電容量約為1 291mA·h/g,50次循環(huán)后,容量保持在75mA·h/g,表明利用熱等離子法制備的納米SiO的電化學(xué)性能得到了極大的提升。 

【文章來源】：有色金屬工程. 2020,10(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

熱等離子體冶金反應(yīng)裝置

圖7 SiO顆粒的充電循環(huán)容量比較圖本研究綜合考慮SiO原料完全氣化所需能量和設(shè)備極限，在13.0～16.0kW區(qū)間范圍選取三個實驗點，并發(fā)現(xiàn)電池比容量隨功率提升而升高。但可以推測，當(dāng)功率提升到一定值后對應(yīng)的電池比容量有降低的可能性，即存在最優(yōu)功率值。更高的功率意味著氣化區(qū)更高的溫度，以及冷卻（形核）區(qū)更大的溫度梯度，進而氣相SiO冷卻至液相并形核的趨勢更強。SiO冷卻過程中在一定溫度條件下歧化反應(yīng)得到Si與SiO2對電池性能的提升也存在最佳值，過大比例的Si雖然可提高首次電池容量，但體積變化問題會降低電池循環(huán)穩(wěn)定性；另外，歧化反應(yīng)產(chǎn)生的SiO2為電池惰性組分，且消耗電解液生成鋰的氧化物與硅酸鹽而造成首次庫倫效率的降低等問題。

圖2為SiO產(chǎn)品的XPS譜圖，譜圖出現(xiàn)了四個特征峰，電子結(jié)合能從高到低依次是O(1s),C(1s),Si(2s）和Si(2p）。硅的氧化情況可通過對Si(2p）特征峰進行分峰擬合分析得知（見圖3）。從圖3中可以看出，Si(2p）峰值分別由位于約99.40和103.18eV的Si—Si和Si—O—Si兩個峰組成[13]，其中在101.86eV位置分出來一個峰，據(jù)文獻記載純SiO的Si(2p）峰出現(xiàn)在101.8eV位置[14]。從Si(2p）的擬合峰可知，由于在其表面存在天然SiO2氧化層[15]，檢測到對應(yīng)于Si 4+的103eV附近的寬峰，而Si的存在可能與SiO的歧化反應(yīng)有關(guān)[16]，將對提高鋰離子電池容量有促進作用。SiO的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。由表1可見，原料SiO的比表面積為1.95m2/g，經(jīng)過不同等離子爐功率處理的SiO的比表面積分別為84.16、126.26、172.02m2/g。SiO的比表面積隨著等離子體功率的升高而增大，存在這樣現(xiàn)象的原因與樣品的粒徑有很大的關(guān)系。在質(zhì)量一定的條件下，粒徑越小表面積越大，比表面積也會隨之增大；而原料SiO是微米級的粒徑，當(dāng)制備成納米級SiO時其粒徑變小，因此，其比表面積升高。而孔容和孔徑的出現(xiàn)應(yīng)該是與顆粒之間團聚造成的。在鋰離子電池負極材料應(yīng)用中為了克服SiO的體積效應(yīng)，維持穩(wěn)定的導(dǎo)電接觸，目前的一種方法是使用納米SiO材料，既利用納米尺寸效應(yīng)，通過大幅度提高材料比表面積緩解SiO在電化學(xué)過程中的體積變化，并且提高材料比表面積有利于鋰離子實現(xiàn)脫嵌。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高性能陶瓷涂層的制備技術(shù)與發(fā)展趨勢[J]. 董洪亮,李國軍,崔學(xué)軍.  材料導(dǎo)報. 2008(S2)



本文編號：3113117