一種納米硅材料及其制備方法
1.技術領域
2.本發明涉及非晶態/納米晶復合結構納米硅材料，屬于鋰電池負極材料技術領域。
3.
背景技術：
4.近年來，隨著新能源純電動汽車、插電式混合電動車以及電動工具的快速發展，對鋰離子電池的能量密度、安全性及循環穩定性提出了更高的要求。石墨作為鋰離子電池商業化負極材料（理論比容量為372 mah g-1
），已經不能滿足市場對高能量密度大電池的需求。硅基負極材料由于具有較高的理論比容量4200 mah g-1
，較低的充放電平臺（與石墨的電位平臺接近）、綠色環保和安全性高等優點，被認為是最具有嵌鋰的鋰離子電池負極材料。與石墨的層狀結構提供鋰離子嵌入空間的原理不同，晶體硅是共價四面體結構，嵌鋰過程會與鋰離子形成合金化合物，隨著嵌鋰量的增加，將晶體硅逐漸轉化為非晶態的硅鋰合金并伴隨著體積的劇烈膨脹（高達~300%），脫鋰過程中，非晶態的硅鋰合金逐步由外向內轉化為非晶態的硅顆粒，體積會劇烈收縮，反復脫/嵌鋰過程引起的體積劇烈變化（~300%以上），導致顆粒機械破損/粉化，固態電解質界面膜（sei膜）始終處于破壞-重構的動態變化，不斷消耗電解液，進而導致材料外部導電環境衰變、電極極化加劇，比容量降低，庫倫效率降低等，嚴重影響其循環性能和倍率性能的發揮，降低了電池壽命。
5.針對硅體積膨脹的問題，目前主要通過減小硅顆粒的尺寸，例如制備硅納米顆粒、硅納米線、硅納米管以及多孔納米硅來抑制硅的體積膨脹，從而可以提高硅基負極材料的電化學循環穩定性。不過該上述材料合成方法主要是化學氣相沉積法、激光燒蝕法、電子束蒸發法、磁控濺射法以及金屬輔助化學刻蝕法，不過這些制備方法對設備要求極高、過程條件苛刻、主要以硅烷或四氯化硅為硅源、成本高而且難以規?；a。通過上述方法制備的納米材料大部分是晶態的納米硅，在充放電中體積膨脹具有各向異性，產生的機械應力分布不均，容易造成材料的破裂及粉碎，難以維持長期的循環性能。
6.
技術實現要素：
7.本發明提出一種具有非晶態/納米晶復合結構的納米硅材料，可以預先提供足夠的嵌鋰空間，抑制首次脫/嵌鋰的體積變化。本發明采用火花放電組合高能球磨工藝，制備具有非晶態/納米晶復合結構的納米硅材料，即非晶區包圍著納米晶區。
8.利用火花放電加工工藝可制備得到具有非晶態/納米晶復合結構的微米及亞微米硅材料，塊狀硅
聲明：
“納米硅材料及其制備方法與流程” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：江蘇載馳科技股份有限公司
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2025年08月05日 ~ 07日 
