Mg2Si鋰離子電池負(fù)極材料的氫化反應(yīng)制備及電化學(xué)性能.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，鋰離子電池在電動汽車行業(yè)以及智能儲能應(yīng)用方面顯示出巨大的潛力.Mg2Si作為鋰離子電池負(fù)極材料具有充放電電壓平臺適中，比容量高，原材料豐富，成本低，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，吸引了人們越來越多的關(guān)注。但由于組成元素Mg與Si的熔點(diǎn)相差760℃，且單質(zhì)Mg活性太高，沸點(diǎn)低(1090℃)，蒸汽壓高，使得Mg2Si的簡單、高純度合成非常困難，嚴(yán)重約了其快速發(fā)展。
　　本文在詳細(xì)綜述國內(nèi)外Mg2Si材料的研究進(jìn)展基礎(chǔ)上

2、，針對其制備困難的問題，提出了以MgH2和Si作為原材料，采用氫化反應(yīng)法制備Mg2Si鋰離子電池負(fù)極材料的新方法.以MgH2取代Mg作為反應(yīng)物，在500℃溫度下成功制備出純度為99％的結(jié)晶性良好的Mg2Si鋰離子電池負(fù)極材料，反應(yīng)過程表述如下:2MgH2(s)+Si(s)→Mg2Si(s)+2H2(g)
　　該方法避免了Mg揮發(fā)以及雜質(zhì)引入問題，簡單易行，產(chǎn)率高，產(chǎn)物成分可控，純度高，成本低廉，能耗低.相對于商業(yè)化Mg2Si負(fù)極材

3、料，氫化反應(yīng)法制備的Mg2Si負(fù)極材料表現(xiàn)出更好的電化學(xué)性能，首次放電、充電容量以及庫倫效率分別提高了12.7％、52.8％和34.4％。
　　為了改善氫化反應(yīng)制備Mg2Si的電化學(xué)性能，系統(tǒng)研究了預(yù)球磨時間以及氫化反應(yīng)溫度對其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)球磨時間為4h氫化反應(yīng)所制備的Mg2Si粒徑分布均勻，首次嵌鋰容量高達(dá)1095mAh/g，首次庫倫效率高達(dá)92％，35個充放電循環(huán)后，容量保持率為44％，較原始樣品提高了

4、30％。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步氫化反應(yīng)溫度優(yōu)化表明，對于12h預(yù)球磨混合的原材料2MgH2-Si來說，在310℃～330℃溫度范圍內(nèi)采用等溫放氫方式制備的Mg2Si負(fù)極材料具有較好的綜合電化學(xué)性能，其首次庫倫效率高達(dá)94％，首次嵌鋰量為1048mAh/g，50個充放電循環(huán)后容量為392mAh/g，容量保持率為37％。
　　為了進(jìn)一步提高氫化反應(yīng)制備Mg2Si的循環(huán)穩(wěn)定性，在上述研究的基礎(chǔ)上，通過在原材料中引入LiH，成功制備了Li2M