科大研究低溫合成硅納米鋰離子電池負極材料 南方阻然電線
一直以來，利用廉價的二氧化硅或硅酸鹽制備硅資料都需要較高的反應溫度。目前工業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，難以應用于鋰離子電池負極材料。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，容易發生副產物Mg2Si且產率較低。鋁熱還原二氧化硅因產生惰性的Al2O3需高于鋁的熔點，700℃以上的高溫反應才干進行。
近日，中國科學技術大學錢逸泰課題組發展了一種在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。將該資料應用于鋰離子電池負極材料，展示出優異的電化學性能。該研究效果發表在能源環境科學》上，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+A lCl3制備硅納米材料的拓展性工作，但此次報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、價格廉價，更易放大，該工作的實用性更加顯著。另外，該工作可以用價格更加廉價的金屬Al為還原劑，反應中生成AlOCl解決了臨時以來鋁熱反應中生成惰性的Al2O3而使反應無法低溫下進行的問題，促進了反應在低溫下的繼續進行。
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等，而且產率能達到70%以上。對本低溫熔鹽的反應機理深入研究發現，AlCl3熔鹽能夠直接參與到該金屬熱還原過程。將鋁熱還原硅酸鹽制備的納米硅用于鋰離子電池負極資料測試標明，3?A /g電流密度下循環1000圈，可逆比容量保持870?mA h/g且首圈庫侖效率高于80%并具有很好的倍率性能。
上述研究得到國家自然科學基金的資助。