以稻壳为硅源纳米硅负极材料的制备及其电化学性能

王珊珊，张公平，冒爱琴，郑翠红，方道来

(安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山243032)

锂离子电池作为一种新型的能量储存装置，因其能量密度高、使用寿命长和免维护等优点而受到广泛关注。负极材料直接影响锂离子电池的比容量。目前商用石墨负极材料比容量仅372 mAh·g，极大限制了锂离子电池的能量密度。研究发现，硅材料的比容量达4 200 mAh·g，极有希望成为下一代高性能的锂离子电池负极材料。但硅基材料在嵌/脱锂过程中体积变化达300%，在电极内部产生巨大的应变/应力，导致电极材料粉化，造成容量严重衰减，极大限制了其商业化应用。研究表明，将硅材料纳米化可有效提高硅材料的综合电化学性能。

人类生产对环境产生巨大的压力，循环利用废弃的生物质资源日益受到重视。全球每年水稻产量超过6 亿t，由此产生的稻壳超过1 亿t。稻壳中含丰富的硅资源，SiO质量分数为15%～20%，因此稻壳可作为生产纳米硅的优质原材料。Huang等将稻壳在空气中煅烧后的SiO产物，经高温(650 ℃)镁热还原制得超细硅粉；Oumellal等将稻壳在空气中煅烧后的产物经高温(700 ℃)铝热还原制得超细硅粉。然而高温镁热还原产生的副产物MgO 和MgSi 以及高温铝热还原产生的副产物AlO，会造成硅产物分离困难。为得到纯硅，需用大量的盐酸清洗，这给环境造成极大压力。同时，高温还原途径易导致生成的硅颗粒粗化，不易得到粒径小于100 nm的硅粉。为克服现有高温镁热和铝热还原法的缺点，以稻壳为原……