為了解決硅在充放電過程中不穩定的問題，人們一直在尋找更加有效的方法以緩解這種現象。鎂熱還原是一種常用的還原方法。通過鎂熱還原法可以由二氧化硅制備納米硅，實現了使用地球上豐富的反應物制備納米Si的可能性。已經有研究用該方法制備出納米硅材料，電化學性能得到改善，但是該方法有一個缺點，就是反應溫度高，導致產生Mg2Si等副產物。雖然后來也有在熔融的AlCl3中進行，以降低反應溫度，但在該方法中需要大量的無水熔融鹽，這對于隨后的分離是沉重的負擔。
最近，北京大學的研究者們提出了一種“活性球磨”法，解決了以往制備硅時出現的操作復雜，雜質含量高的問題，所得材料表現出極具優勢的電化學性能。
圖1. 球磨納米二氧化硅制備疏水性膠體納米硅的示意圖；（a）SiO2的TEM圖像；（b）納米Mg的SEM圖；（c）疏水性納米Si上層與含有MgCl2的透明水溶液清楚分離；在一批（d）中可以以?5g的規模獲得納米Si的干粉。（e）為了比較，常規的酸洗和離心形成的高度混濁液。
研究人員通過對這種經典反應的改善，更有效地制備出了納米Si。使用Mg納米顆粒作為還原劑，以機械研磨代替高溫條件。此外，通過表面官能化將納米Si以疏水性膠體的形式分離，使納米Si顆粒的損失最小化。研究小組用乙氧基官能化納米Si，做成優異的分散體，可以通過這樣就可以使硅很好的分散在溶劑中，輕松地實現了表面碳涂層前驅體包覆。碳涂層包覆納米Si表現出優異的鋰儲存性能，與現有技術的Si基負極材料相當。當電流密度為2.1A/g時，500次循環后的可逆容量仍高達1756mAh/g。
圖2. （a）納米硅碳化示意圖。（b-g）碳含量為21 wt％的納米Si@C樣品結構表征：（b）XRD圖，（c，d）SEM圖像，（e）粒度分布，（f，g）TEM和HRTEM圖像。
圖3. 納米SiC樣品的電化學性能。（a）前三個周期的CV曲線；（b）電流密度為0.1A/g時的充放電曲線；（c）電流密度為0.1A/g時的循環性能。（d）電極倍率性能；（e）電流密度為2.1A/g時的循環性能。在（c-e）中，前三個循環以0.1A/g進行測試。
總的來說，研究人員對該方法提出了兩點改進：
●通過球磨法代替高溫反應條件，減少副反應
●納米Si與1-戊醇反應以疏水膠體的形式分離，減少Si顆粒的損失。
這些結果表明，具有良好鋰儲存性能的納米Si可以大量制備，并且原料豐富、操作簡單。這為下一代高性能、低成本鋰離子電池硅基負極的開發提供了新的借鑒。
資料來源：能源學人
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