金属热还原法制备锂离子电池纳米硅材料的研究进展

摘要

锂离子电池作为一种绿色环保的储能器件,在许多领域得到了广泛应用,如手机、笔记本、摄像机、医疗器械等便携式电子器件以及新能源电动汽车等.特别地,随着社会的进步、人类的发展,能源枯竭、石油危机、汽车尾气排放等问题日趋严峻,新能源动力汽车异军突起,而锂离子电池作为动力电池的最优选择,其能量密度的提升对推动新能源动力汽车领域的发展具有重大意义.锂离子电池电极材料是限制其能量密度的关键因素.目前,锂离子电池所采用的负极材料为石墨,其理论比容量仅为372 mAh/g.在众多新型负极材料中,硅材料因具有4200 mAh/g的超高理论比容量而备受研究者瞩目,但是硅材料自身存在导电率低、体积膨胀大、结构不稳定等问题,导致其电化学性能不佳.研究者们主要通过将硅材料纳米化来提高其结构稳定性及循环稳定性.当前,纳米硅材料的制备方法主要有化学气相沉积法、等离子蒸发冷凝法及机械球磨法,但是普遍存在对设备要求条件苛刻、制备成本高、流程复杂等问题.实现纳米硅的短流程、低成本制备,对于推动硅基负极,特别是硅碳复合负极的商业化应用具有重要意义.本文重点综述了基于金属热还原特别是镁热还原法制备的纳米硅在锂离子电池中的研究进展,分析了采用金属热还原制备纳米硅的技术优势,总结了近年来镁热还原制备的纳米硅基负极材料的性能,展望了金属热还原技术低成本制备纳米硅材料的发展前景.