利用累托石制备片状多孔硅碳负极材料

便携式移动设备的微型化和电动交通工具的快速发展对储能系统，尤其对锂离子电池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。研发具备更高的比容量、更长的使用寿命的锂电池负极材料已经成为当今锂电池研究的热点之一。

硅基负极材料具有高容量(Li22Sis最高达4200 mAh/g)、低脱嵌锂电压及环境友好等优点，有望成为替代目前商业化石墨的下一代负极材料然而，过度的体积膨胀(300%)使硅材料在充放电过程中容易破裂，导致电池库仑效率低、循环稳定性差和安全性差等问题。构建多.孔分级微纳结构可有效缓解体积膨胀、减小极化和提高材料嵌脱锂的可逆性。 但是硅的本征电导率很低，而且大的比表面积使多孔硅易于形成氧化层，影响硅基锂电负极材料的首次效率、比容量、循环性和倍率等性能。同时硅在常规的电解液中很难形成稳定的固体电解质膜，导致循环性能下降。在多孔硅材料表面涂覆碳层，形成硅碳复合材料可以有效提高材料导电性和化学稳定性，促使形成稳定的SEI膜。

如Yushin等通过原位法制备的硅碳复合材料在100 次循环后没有明显衰减，可逆容量达到1590 mAh/gf9。如何获得高质量的多孔硅是构建高性能硅碳复合材料首先要解决的问题。利用“Top-down"的方法直接刻蚀硅是制备多孔硅的方法之一，但是对原料的利用率低、能耗大。模板法也是制备多孔硅的常用方法，其制备方法更简单、成本更低。

2007年Bao 等10发现二氧化硅经过镁热还原后可形成纳米级的硅、氧化镁和硅镁合金混合物，经过酸洗即可获得多孔硅材料。利用凤谷陶瓷回转窑烧结，镁热还原反应已被证明是从二氧化硅制备多孔硅的有效方法，利用该方法可将多种含氧化硅材料，如石英砂，黏土等转化为多孔硅储锂材料。利用镁热还原技术可以实现从累托石到多孔硅的转化，而且累托石特殊的层状结构和Si-A1交替分布的特征使得所得多孔硅为片状结构。这种特殊的片状多孔结构有利于容纳在充放电过程中的体积变化，防止材料粉化。有利于电解液浸润和离子迁移，提高材料的倍率性能。通过碳包覆制备的硅碳复合材料可逆容量可达1300 mAh.g-'，同时具有良好的循环稳定性和倍率特性。以上研究表明利用累托石制备高性能硅基锂电池负极材料是可行的，为累托石的高值化综合利用提供候选途径。