鋰電池碳矽氧負極材料的高壓製備方法之研究

Abstract

氧化矽作為新一代的負極材料，可滿足傳統石墨材料所無法達成的電動交通工具與大型儲能設備對電池的高能量密度需求，工業上氧化矽需經過加工磨碎至微米等級以下才可進一步進行鍍碳等程序來作為負極材料使用，磨碎的過程易受汙染且耗費能源。有一種方法是以聚二甲基矽氧烷(PDMS)作為原料於密閉容器內進行高溫熱處理，PDMS在密閉容器內升溫裂解所產生的高壓可使轉化的SiOC材料以球形的結構生成，可直接製備出數微米大小的球形SiOC材料無須額外加工。 在本論文中將該實驗的規模從5 ml反應器放大至300 ml的高壓釜，大幅提升產量，並且透過添加催化劑NiCl2將其反應溫度從文獻的800度降低至650度，降低高壓釜材料的耐溫需求使其可用一般的不鏽鋼材，並且觀察反應過程中溫壓變化，確認了催化劑加速了前驅物在升溫過程中的裂解，於持溫4小時達到最高壓力170 kg/cm2。40 g純PDMS在催化劑20% NiCl2以10⁰C/min升溫至650⁰C持溫4小時後可得到平均6.63 um分散性佳的球形SiOC產物；產率66.1%，產物經1100⁰C 6小時燒結後的SiOx/C材料首圈放電電容為1529 mAh/g，首圈庫倫效率64.5%，無須研磨加工可直接作為負極材料使用。