利用熱等離子發(fā)生器,分別在功率為13.2、14.3和15.4kW時(shí)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(fù)極活性材料測(cè)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(lái)源】：有色金屬工程. 2020,10(07)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【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(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)電池比容量隨功率提升而升高。但可以推測(cè)，當(dāng)功率提升到一定值后對(duì)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(jìn)而氣相SiO冷卻至液相并形核的趨勢(shì)更強(qiáng)。SiO冷卻過(guò)程中在一定溫度條件下歧化反應(yīng)得到Si與SiO2對(duì)電池性能的提升也存在最佳值，過(guò)大比例的Si雖然可提高首次電池容量，但體積變化問(wèn)題會(huì)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(kù)倫效率的降低等問(wèn)題。

圖2為SiO產(chǎn)品的XPS譜圖，譜圖出現(xiàn)了四個(gè)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(guò)對(duì)Si(2p）特征峰進(jìn)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(gè)峰組成[13]，其中在101.86eV位置分出來(lái)一個(gè)峰，據(jù)文獻(xiàn)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(cè)到對(duì)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(duì)提高鋰離子電池容量有促進(jìn)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(guò)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(huì)隨之增大；而原料SiO是微米級(jí)的粒徑，當(dāng)制備成納米級(jí)SiO時(shí)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(tuán)聚造成的。在鋰離子電池負(fù)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(guò)大幅度提高材料比表面積緩解SiO在電化學(xué)過(guò)程中的體積變化，并且提高材料比表面積有利于鋰離子實(shí)現(xiàn)脫嵌。

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



本文編號(hào)：3113117