镁热还原法制备硅负极材料及纳米氧化铁的可控合成研究

【摘要】硅材料由于其高理论容量、来源丰富、安全无毒等特点受到了人们广泛的关注,是一种非常有前景的大容量锂离子电池负极材料。但是硅材料在脱嵌锂过程中会经历剧烈的体积膨胀,加之其导电性较差,会造成较大的不可逆容量和较差的循环性能。本文通过镁热还原法制备不同纳米结构的硅碳复合材料,旨在制备具有良好电化学性能的硅负极材料。本文研究了镁热还原法的反应机理,探讨了制备硅纳米材料的可行性。研究发现,镁热还原反应是一个扩散控制的反应,其产物的组成与镁蒸汽的扩散速率密切相关。通过调控反应物配比及反应温度,采用合适的反应装置,可以抑制副产物的产生,获得纳米硅材料,实验同时确定了镁热还原法制备纳米硅碳复合材料的流程。本文研究了不同纳米结构和碳包覆对硅负极材料性能的影响。本文以Si02纳米球为原料,通过镁热还原法制备了Si纳米球。产物表面疏松多孔,具有良好的球形形貌。利用化学气相沉积法(CVD)对Si纳米球进行碳包覆,制得了不同碳包覆量的碳硅复合材料。其中碳含量为24%的试样具有较好的循环性能,在100mA/g电流下,循环50次后,容量为771mAh/g。本文以α-Fe2O3为模板,制备了不同空心结构的硅纳米材料。其中Si中空纳米环具有良好的循环性能,在100mA/g电流下,循环50次后,容量为973mAh/g。本文研究了纳米α-Fe2O3的可控合成。本文通过一步水热法合成了不同纳米结构的α-Fe2O3颗粒,例如：纳米管、纳米珠、纳米环、纳米纺锤、纳米片等。研究发现,不同形貌的α-Fe2O3都要经历形核、团聚、腐蚀和再结晶过程。通过控制磷酸根离子的浓度和反应时间,可以实现纳米α-Fe2O3的可控合成。本文还以三种典型的α-Fe2O3为原料制备了Fe3O4/C磁性材料,材料的磁学性能表现出明显的结构相关性。
【作者】霍瑛；
【导师】曹高劭；
【作者基本信息】浙江大学，锂离子电池负极材料，2014，硕士
【关键词】锂离子电池；负极；硅；镁热还原；α-Fe2O3；

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