纳米Ni&NiO/SiO2复合多孔电极熔盐电解制备硅纳米线的研究
Studies of Formation of Silicon Nanowires by Electroreduction of Porous Nano-Ni&NiO/SiO2 Pellets in Molten Salts
硅纳米线是最具应用前景的锂离子电池硅基负极材料之一.本文采用甲酸镍作为催化剂前驱体,利用其水溶性以及在不同气氛(N2/Air)中受热分解为纳米镍粉和氧化亚镍粉的特性,制备得到Ni/SiO2和NiO/SiO2两种复合多孔电极片,在氯化钙熔盐中对催化剂用量和催化剂在熔盐中的稳定性进行了研究,制备得到纯度较高的直线状硅纳米线材料,采用XRD、FESEM、HRTEM、SEAD等分析了硅纳米线的结构特征,并表征了硅纳米线的电化学性能,旨在对熔盐电解制备硅纳米线工程技术提供理论指导.通过对催化剂前驱体甲酸镍性质的研究,在混料和干燥工艺中利用甲酸镍溶于水而不溶于乙醇的特点,确定了无甲酸镍偏析现象的甲酸镍/SiO2复合多孔极片的制备工艺;根据甲酸镍TG-DTA行为制定了甲酸镍/SiO2复合多孔电极片的烧结制度,在氮气和空气气氛中900℃烧结,烧结时间1h,分别得到Ni/SiO2和NiO/SiO2两种复合多孔电极片用于后续电解实验.将镍含量分别为0.40 wt.%、0.80 wt.%、1.20 wt.%、1.60 wt.%的Ni/SiO2复合多孔电极片在900℃的氯化钙熔盐中进行电解实验,结果表明,当镍含量为0.80 wt.%时,电解1 h可以获得大量直径分布于75~250 nm,长2微米至数十微米的直线状硅纳米线;对最佳镍含量的Ni/SiO2复合多孔电极片相同条件下电解不同时间,发现当电解时间超过1 h,电解产物中直线状硅纳米线迅速减少,主要以微米级颗粒产物为主;对Ni/SiO2复合多孔电极片在氯化钙熔盐中的稳定性进行研究,表明随着浸泡时间延长,在极片中的催化剂镍颗粒粒径持续增大,导致电解还原产物中直线状硅纳米线极少.不同氧化亚镍含量NiO/SiO2复合多孔电极片电解结果表明,当氧化亚镍添加量为0.51 wt.%时,在900℃的氯化钙熔盐中1.5 V电解1 h,可以获得大量直径分布在50~160 nm的直线状硅纳米线;将电解时长延长至10 h,电解产物形貌和结构基本保持不变;将NiO/SiO2复合多孔电极片在900℃的氯化钙熔盐中浸泡10 h,发现极片中催化剂纳米氧化亚镍颗粒在熔盐中具有良好的稳定性是保持长时间电解产物为直线状硅纳米线的关键因素;对最佳电解条件下的电解产物进行电化学性能表征,其首周嵌锂比容量达3319.5 mAh/g,首周库伦效率88.00%.
- 作者：
- 张杰
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 杨娟玉
- 中图分类号：
- TB383.1；TM912
- 关键词：
- 硅纳米线；甲酸镍；电解还原；电化学性能
- Silicon nanowires; Nickel formate; Electrochemical reduction; Electrochemical properties;