本文選題：硅納米材料 + 化學合成��； 參考：《中國科學技術(shù)大學》2015年博士論文

【摘要】：硅納米材料作為鋰離子電池負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)機理,并對獲得的硅納米材料進行鋰離子電池電化學性能研究,為進一步實現(xiàn)高性能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的無機液相共熔體,首次利用柯肯達爾效應(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712mAhg-1。 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3.6Ag-1下循環(huán)300圈容量保持在576mAh g-1。另一方面,該反應(yīng)路線也成功的擴展至其它硅化物的低溫合成,如SiC、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)果是意義深遠并且是非常重要的”；“這是該領(lǐng)域上的一個進展”。 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),實現(xiàn)了二氧化硅的低溫鎂還原過程。機理研究發(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18A g-1時,該材料的比容量還能保持在350mAh g-l。該方法可以進一步的用于制備高振實密度并且性能優(yōu)異的鍺負極。該負極與工業(yè)鈷酸鋰正極進行全電池的組裝和測試,在循環(huán)100圈后容量穩(wěn)定在91%。 4、從廉價的工業(yè)粗硅出發(fā),發(fā)展了一種“嵌鎂-空氣氧化去鎂”的路線制備硅納米負極材料。在該反應(yīng)中,硅納米材料的產(chǎn)率高達90%；實驗室條件下單盤產(chǎn)量初步達到10g,展示出可實現(xiàn)宏量制備的前景。制備得到的硅納米材料具有優(yōu)異的鋰電池性能。在1.8A g-1下循環(huán)400圈仍具有1200mAh g-1匕容量；即使在電流密度高達36A g-1時,該材料的比容量還能保持在1000mAh g-1。
[Abstract]:This paper is based on designing new reaction system , developing new chemical route to prepare silicon nanometer material , using magnesium powder as reducing agent , using cheap silicate , silicon oxygen compound and industrial primary silicon as silicon source , building molten salt , hydrothermal reaction system as well as air oxidation to magnesium oxide to synthesize silicon nanometer electrode material .

1 . The reaction of the preparation of silicon nano - material with magnesium - heat - reduction silica in molten salt system was developed . The inorganic liquid - phase co - melt of Mg - NaCl - KCl was formed at 700 鈩，

本文編號：1890108