納米和亞微米尺度二氧化硅顆粒是一種重要的基礎(chǔ)原材料,具有比表面積大、密度小、粒徑可調(diào)、分散性好、化學(xué)穩(wěn)定等優(yōu)點,廣泛用于生物醫(yī)藥、光電子、催化、吸附分離、工程陶瓷等諸多領(lǐng)域。二氧化硅顆粒還原成硅基微顆粒用于鋰離子電池負極材料,已成為了該領(lǐng)域新的研究熱點。目前,作為鋰離子電池負極材料,硅基材料存在的體積效應(yīng)（>300%）,充放電過程中的粉化問題以及不斷形成新的固態(tài)電解質(zhì)層（SEI）,嚴(yán)重制約著硅基材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。本論文在綜合論述了二氧化硅顆粒及硅基鋰離子電池負極材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,模擬計算了正硅酸甲酯（TMOS）的水解、聚合機理,并以TMOS和正硅酸乙酯（TEOS）為前驅(qū)體,采用溶膠-凝膠法分別制備出二氧化硅多孔顆粒和二氧化硅單分散微球,表征了其表觀形貌、粒度分布及表面特性;在此基礎(chǔ)上,采用鎂熱還原法制備硅多孔顆粒和硅顆粒等兩種硅基微顆粒負極材料,分析了其微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能;最后,采用無定形碳包覆技術(shù)對兩種硅基微顆粒進行包覆制備硅碳微顆粒負極材料,探究了碳包覆對硅基微顆粒負極材料電化學(xué)性能的影響。通過硅基材料納米化、單分散化、多孔化、碳包覆,為硅基材料存在的體積效應(yīng)、充...

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1典型溶膠-凝膠工藝流程圖。

溶膠-凝膠法制備二氧化硅顆粒工藝流程如圖1.1,這個過程包括硅醇氧化合物的水解和縮合,如四乙基硅烷或無機鹽,如水玻璃,在無機酸(如鹽酸)或堿(如氨水)的存在下作為催化劑[5]。使用硅醇氧化合物制備二氧化硅的溶膠-凝膠法中,由TEOS形成二氧化硅顆粒的一般反應(yīng)過程為TEOS分子水解....

圖1.2通過硬模板法制備的二氧化硅微球的SEM圖像(標(biāo)尺=1000nm)[6]

硬模板法通過使用硬球形顆粒作為模板來構(gòu)造空心內(nèi)部結(jié)構(gòu)在方法上很簡單,并且是具有良好穩(wěn)定性和可控性的常規(guī)空心化方法。通常它包括四個主要步驟:(1)制備硬模板;(2)對模板表面進行功能化修飾以有利于表面涂層;(3)添加自組裝表面活性劑和硬顆粒表面上水解的TEOS;(4)使用適當(dāng)?shù)娜軇?...

圖1.3中空多孔硅納米粒子的TEM圖像[7]

與硬模板方法相比,軟模板方法是一種大規(guī)模合成二氧化硅空心納米球的相對容易的方法,因為它通常是一步式方法,不需要制作和修改硬模板。幾種常見的軟模板包括水包油乳液、表面活性劑囊泡、聚合物聚集體和氣泡。但是,一些些依賴于熱力學(xué)平衡制備方式,通過軟模板方法制備得到的通常是尺寸不確定的球形....

圖1.4通過同時使用囊泡模板法和液晶模板法,合成了類似于具有內(nèi)部多殼的蠶繭的二氧化硅納米結(jié)構(gòu)。(CTA+=鯨蠟基三甲基銨PFO-=全氟辛酸)[8]

溶膠-凝膠法還可以制備具有多個殼層的微球,即具有不同直徑的多個同心殼的微球。通過選擇兩種模板劑(雙模板劑或助表面活性劑)并調(diào)節(jié)雙模板劑的比例以調(diào)節(jié)填充參數(shù),從而改變自組裝表面活性劑聚集體的結(jié)構(gòu)。Yang[8]等報道了一種復(fù)雜的二氧化硅多層結(jié)構(gòu)的合成,如圖1.4,這種結(jié)構(gòu)具有一種不....

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