從切割矽製備多孔/奈米矽及其鋰電池應用之研究

Abstract

為了發展便宜的矽負極材料和解決其在鋰電池充放電過程中體積膨脹 300%的問題，吾人決定以低成本的切割矽做為原料，先反應成中間產物矽化鎂，再除鎂形成多孔矽，最後再利用金屬催化蝕刻多孔矽以製備成奈米矽。 矽化鎂方面，吾人成功以氣相鎂化方式，在高壓釜中將切割矽反應成粒徑大小相同的 1 微米矽化鎂。多孔矽部分則是利用小粒徑的矽化鎂和 CO2/N2混氣經過氣相反應，接著透過酸洗除去副產物形成孔洞，成功得到比表面積高達 500 m2 g-1的多孔矽。奈米矽則是利用銅金屬催化蝕刻，蝕刻多孔矽，最佳條件能得到平均粒徑 50nm 的奈米矽。 此製程的優勢在於，一為切割矽是低成本高品質的原料來源，二為吾人將切割矽製備成多孔矽後，較易於加工成更小粒徑的奈米矽，可以省去大量的成本和時間， 有助於推廣鋰電池矽負極材料的發展。