一种纳米硅材料及其制备方法
1.技术领域
2.本发明涉及非晶态/纳米晶复合结构纳米硅材料，属于锂电池负极材料技术领域。
3.
背景技术：
4.近年来，随着新能源纯电动汽车、插电式混合电动车以及电动工具的快速发展，对锂离子电池的能量密度、安全性及循环稳定性提出了更高的要求。石墨作为锂离子电池商业化负极材料（理论比容量为372 mah g-1
），已经不能满足市场对高能量密度大电池的需求。硅基负极材料由于具有较高的理论比容量4200 mah g-1
，较低的充放电平台（与石墨的电位平台接近）、绿色环保和安全性高等优点，被认为是最具有嵌锂的锂离子电池负极材料。与石墨的层状结构提供锂离子嵌入空间的原理不同，晶体硅是共价四面体结构，嵌锂过程会与锂离子形成合金化合物，随着嵌锂量的增加，将晶体硅逐渐转化为非晶态的硅锂合金并伴随着体积的剧烈膨胀（高达~300%），脱锂过程中，非晶态的硅锂合金逐步由外向内转化为非晶态的硅颗粒，体积会剧烈收缩，反复脱/嵌锂过程引起的体积剧烈变化（~300%以上），导致颗粒机械破损/粉化，固态电解质界面膜（sei膜）始终处于破坏-重构的动态变化，不断消耗电解液，进而导致材料外部导电环境衰变、电极极化加剧，比容量降低，库伦效率降低等，严重影响其循环性能和倍率性能的发挥，降低了电池寿命。
5.针对硅体积膨胀的问题，目前主要通过减小硅颗粒的尺寸，例如制备硅纳米颗粒、硅纳米线、硅纳米管以及多孔纳米硅来抑制硅的体积膨胀，从而可以提高硅基负极材料的电化学循环稳定性。不过该上述材料合成方法主要是化学气相沉积法、激光烧蚀法、电子束蒸发法、磁控溅射法以及金属辅助化学刻蚀法，不过这些制备方法对设备要求极高、过程条件苛刻、主要以硅烷或四氯化硅为硅源、成本高而且难以规模化生产。通过上述方法制备的纳米材料大部分是晶态的纳米硅，在充放电中体积膨胀具有各向异性，产生的机械应力分布不均，容易造成材料的破裂及粉碎，难以维持长期的循环性能。
6.
技术实现要素：
7.本发明提出一种具有非晶态/纳米晶复合结构的纳米硅材料，可以预先提供足够的嵌锂空间，抑制首次脱/嵌锂的体积变化。本发明采用火花放电组合高能球磨工艺，制备具有非晶态/纳米晶复合结构的纳米硅材料，即非晶区包围着纳米晶区。
8.利用火花放电加工工艺可制备得到具有非晶态/纳米晶复合结构的微米及亚微米硅材料，块状硅
声明：
“纳米硅材料及其制备方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：江苏载驰科技股份有限公司
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2025年06月20日 ~ 22日 
