有序介孔硅包碳复合结构的制备及其储锂行为
发布时间：2021-09-29 22:41
以P123嵌段模板法合成SiO2-有序介孔（SiO2-OMPs）短棒状结构,以此为前驱体通过镁热还原和酚醛树脂碳包覆处理,成功制备出有序介孔硅/碳复合结构（Si/C-OMPs）,用于锂离子电池负极材料测试。从扫描电镜图（SEM）和透射电图（TEM）观察发现,SiO2-OMPs形态可以通过HCl溶液浓度有效调控,在高浓度下获得高堆积密度的粒状有序介孔结构,并在镁热还原和碳包覆处理后这种有序介孔结构均得到完美保持。X射线衍射（XRD）数据的分析表明,镁热还原反应包括两步串连反应:Mg和SiO2先反应形成Mg2Si中间相,而后该相再还原剩余SiO2并获得终产物Si。第二步反应属于缓慢的固/固扩散过程,抑制了整个还原反应的完成,导致Si产率低且存在杂质相。电化学测试表明,由于其坚固的结构和畅通的介孔系统,有序介孔Si/C复合结构具有优异的循环稳定性和倍率性能。
【文章来源】：无机化学学报. 2020,36(05)北大核心SCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
合成的SiO2-OMPs样品S1和S2的介孔结构和介孔分析:(a)样品S1的SAX图;(b)样品S1的HRTEM图像;(c)N2吸附-脱附等温线;(d)介孔尺寸分布图
图1 合成的SiO2-OMPs样品S1和S2的介孔结构和介孔分析:(a)样品S1的SAX图;(b)样品S1的HRTEM图像;(c)N2吸附-脱附等温线;(d)介孔尺寸分布图实验结果表明，SiO2-OMPs的形貌能通过HCl浓度来控制。良好的OMPs形态可改善颗粒的几何堆积致密性。显然，短棒状颗粒更易获得紧密的堆积,因而,用其作储锂材料时会获得更高的储能密度。
图3 在4和10℃·min-1的加热速率下,SiO2-OMPs/镁粉混合物的DSC曲线MRR可分为2个阶段：Mg2Si的形成和Mg2Si向Si的转变。在第1阶段，镁蒸气扩散到Si O2表面，形成Mg2Si。这样，在Mg被完全消耗的阶段，产物中仅存在Mg2Si和MgO。在第2阶段，Mg2Si与Si O2反应，Si相出现并增加，至Mg2Si被完全消耗。第1阶段中，1/2SiO2完全转化为Mg2Si。由于是气/固扩散反应，所需时间很短。而第2阶段中，余下的Si O2和Mg2Si在界面上发生固/固扩散反应，反应速度极慢，很难在短时间内完成。因此，反应程度通常不高(仅50%)，且在产物中SiO2、MgO、Si、Mg2Si和Mg2SiO4时常共存，因而经常观察到混合相，且硅产率较低。
本文编号：3414603
【文章来源】：无机化学学报. 2020,36(05)北大核心SCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
合成的SiO2-OMPs样品S1和S2的介孔结构和介孔分析:(a)样品S1的SAX图;(b)样品S1的HRTEM图像;(c)N2吸附-脱附等温线;(d)介孔尺寸分布图
图1 合成的SiO2-OMPs样品S1和S2的介孔结构和介孔分析:(a)样品S1的SAX图;(b)样品S1的HRTEM图像;(c)N2吸附-脱附等温线;(d)介孔尺寸分布图实验结果表明，SiO2-OMPs的形貌能通过HCl浓度来控制。良好的OMPs形态可改善颗粒的几何堆积致密性。显然，短棒状颗粒更易获得紧密的堆积,因而,用其作储锂材料时会获得更高的储能密度。
图3 在4和10℃·min-1的加热速率下,SiO2-OMPs/镁粉混合物的DSC曲线MRR可分为2个阶段：Mg2Si的形成和Mg2Si向Si的转变。在第1阶段，镁蒸气扩散到Si O2表面，形成Mg2Si。这样，在Mg被完全消耗的阶段，产物中仅存在Mg2Si和MgO。在第2阶段，Mg2Si与Si O2反应，Si相出现并增加，至Mg2Si被完全消耗。第1阶段中，1/2SiO2完全转化为Mg2Si。由于是气/固扩散反应，所需时间很短。而第2阶段中，余下的Si O2和Mg2Si在界面上发生固/固扩散反应，反应速度极慢，很难在短时间内完成。因此，反应程度通常不高(仅50%)，且在产物中SiO2、MgO、Si、Mg2Si和Mg2SiO4时常共存，因而经常观察到混合相，且硅产率较低。
本文编号：3414603
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