近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)錢逸泰課題組發(fā)展了一種在200℃熔鹽體系中，采用金屬Al或Mg還原二氧化硅或硅酸鹽制備納米硅材料的方法。將該材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料，展示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

一直以來，利用廉價(jià)的二氧化硅或硅酸鹽制備硅材料都需要較高的反應(yīng)溫度。目前工業(yè)上采用的方法依然是高溫碳熱還原法（>1700℃），所制備的硅大都為塊材，難以應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料。2007年至今，650℃條件下鎂熱還原二氧化硅是主要的制備納米硅材料的方法，但該方法條件苛刻，容易產(chǎn)生副產(chǎn)物Mg2Si，且產(chǎn)率較低。鋁熱還原二氧化硅因產(chǎn)生惰性的Al2O3，需高于鋁的熔點(diǎn)，700℃以上的高溫反應(yīng)才能進(jìn)行。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)錢逸泰課題組發(fā)展了一種在200℃熔鹽體系中，采用金屬Al或Mg還原二氧化硅或硅酸鹽制備納米硅材料的方法。將該材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料，展示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。該研究成果發(fā)表在《能源環(huán)境科學(xué)》上（EnergyEnviron.Sci.，2015，8，3187-3191），論文的第一作者為課題組的博士生林寧。

該工作是錢逸泰課題組熔鹽體系中用金屬鎂還原四氯化硅(SiCl4+Mg+AlCl3)制備硅納米材料(Angew.Chem.Int.Ed.2015，54，3822)的拓展性工作，但此次報(bào)道的工作因采用二氧化硅及各種硅酸鹽為硅源，原料更加易得、價(jià)格便宜，更易放大，該工作的實(shí)用性更加顯著。另外，該工作可以用價(jià)格更加便宜的金屬Al為還原劑，反應(yīng)中生成AlOCl，解決了長期以來鋁熱反應(yīng)中生成惰性的Al2O3而使反應(yīng)無法低溫下進(jìn)行的問題，促進(jìn)了反應(yīng)在低溫下的持續(xù)進(jìn)行。

該方法適用于還原各種二氧化硅粉體和含硅酸鹽的原料如玻璃纖維、分子篩等，以及礦物如鉀長石、硅藻土和生物礦物質(zhì)等，而且產(chǎn)率能達(dá)到70%以上。對(duì)本低溫熔鹽的反應(yīng)機(jī)理深入研究發(fā)現(xiàn)，AlCl3熔鹽能夠直接參與到該金屬熱還原過程。Mg和Al參與的還原反應(yīng)分別為：4Al+3SiO2+2AlCl3=3Si+6AlOCl，2Mg+SiO2+6AlCl3=2MgAl2Cl8+2AlOCl+Si，該反應(yīng)體系中的副產(chǎn)物AlOCl極易處理。將鋁熱還原硅酸鹽制備的納米硅用于鋰離子電池負(fù)極材料測試表明，在3A/g的電流密度下循環(huán)1000圈，可逆比容量保持870mAh/g，且首圈庫侖效率高于80%，并具有很好的倍率性能。

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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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上述研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助。