应用镁金属化学还原法制备多孔

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1、应用镁金属化学还原法制备多孔　　碳素类材料因具有低且平稳的工作电压、良好的循环性能和高安全性等优点，下面是小编搜集整理的一篇探究镁金属化学还原法应用的论文范文，欢迎阅读查看。　　摘要:以二乙烯基苯和聚硅氧烷为原料经先驱体转化法制备Si-O-C材料，利用镁金属在惰性气氛保护下高温还原制备多孔的Si/Si-O-C负极材料。利用X射线衍射、能谱分析、元素分析和场发射扫描电镜分析多孔Si/Si-O-C负极材料的组成、结构、形貌，从而研究利用镁金属化学还原法制备多孔Si/Si-O-C负极材料的机理。结果表明，镁金属在还原过程中生成MgO和Mg2SiO4等产物，经

2、HCl洗涤后可形成多孔的Si/Si-O-C负极材料。Si/Si-O-C材料中的单质硅分布于多孔的Si-O-C相中，一定程度上可缓解Si在循环过程中产生的体积效应。利用镁金属还原Si-O-C材料制备多孔Si/Si-O-C材料是一种可行的制备方法。　　关键词:Si/Si-O-C负极材料;镁金属;还原;机理　　碳素类材料因具有低且平稳的工作电压、良好的循环性能和高安全性等优点而成为目前商业化锂离子电池中最常用的负极材料[1-2]。然而石墨类碳材料的理论比容量仅为372mAhg-1，因此，为满足锂离子电池高比能量和高比功率的要求，需要探索新型的负极材料[3-5

3、]。硅材料是已知其他材料中具有最高比容量(4200mAhg-1)的新型负极材料，但是在锂离子嵌入后体积膨胀(360%～400%)，结构容易坍塌，从集流体上脱落从而导致较大的不可逆容量[6-7]。针对这一问题，国内外学者开展了大量的研究，如纳米化[8-11]、薄膜化[12-16]、复合化[17-21]等。在上述的解决办法中，通过高温裂解先驱体制备含硅的硅氧碳化物Si-O-C复合负极材料是一条行之有效的方法，在这一方面已进行了大量的研究工作，发现Si-O-C复合负极材料具有较高的可逆容量和较好的循环性能[22-26]。通过改变先驱体的组成和结构，或者通过一

4、定工艺条件可控制Si-O-C复合负极材料中生成单质硅，即制备出Si/Si-O-C负极材料[23-24]。这种材料既具有硅材料容量高的优点，又具有Si-O-C负极材料循环性能好的特点，因此是一种潜在的锂离子电池负极材料。但是，目前国内外对于Si/Si-O-C负极材料方面的研究报道较少。　　1实验　　1.1Si/Si-O-C负极材料的制备将二乙烯基苯(99.9%，上海博景化工有限公司)和聚硅氧烷(工业纯，江西星火化工厂)按照质量比1∶1混合，加入质量分数为1106的氯铂酸(99.999%，AlfaAesar)后在空气中交联24h，然后在氢气气氛下(200m

5、lmin-1)以4℃/min升温速率升至800℃后保温1h，得到含有一定自由碳的Si-O-C材料。将Si-O-C材料在马弗炉中于800℃下氧化处理一定时间以除去自由碳，然后在手套箱中(氩气气氛)将过量的金属Mg(99.8%，AlfaAesar)和Si-O-C材料装入方形密闭的钢材料模具中，置于马弗炉中以10℃min-1的升温速率升至900℃后保温2h，冷却至室温后，将所得材料用盐酸处理得到Si/Si-O-C负极材料。　　1.2Si/Si-O-C负极极片的制备按质量比80∶10∶10依次称取Si/Si-O-C材料、聚偏氟乙烯(PolyVinyliDene

6、Fluoride，PVDF)黏结剂和导电乙炔炭黑，将PVDF黏结剂溶于氮甲基吡咯烷酮中配成溶液，将溶液、Si/Si-O-C材料和乙炔炭黑在玛瑙罐中球磨1h后得到电极浆料。然后用刮涂器将电极浆料均匀刮涂于铜箔上，在110℃真空烘箱中干燥12h制成电池极片。用打孔器将极片裁成直径20mm的圆片，精确称量，于110℃烘箱中烘干备用。　　1.3测试与表征采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测试样品中硅元素的含量;采用C/S仪器测定样品中碳元素，在高温氧气气氛中灼烧样品，对产生的CO2进行定量分析;采用TC-436型N/O分析仪测定样品中的氧，将氧转化成二氧化碳，

7、通过分析CO2的量计算原料中氧含量;采用日本HITACHIS4800场发射扫描电镜观察样品形貌，样品表面镀金，加速电压为20kV，能谱仪分析样品表面不镀金;采用德国BrukerD8AdvancedX射线衍射仪，以Cu靶Kα射线为光源进行样品X射线衍射(X-RayDiffraction，XRD)分析，2θ为10°～70°;以Si/Si-O-C极片为工作电极，金属锂为对电极，采用LANDCT2001A型多通道充放电测试仪测试材料电化学性能，电压范围0～3V，电流密度18.6mAg-1，测试温度25℃。　　2结果与讨论

8、　　2.1多孔Si/Si-O-C的电化学性能　　是多孔Si/Si-O-C负极材料的充放电曲线。