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【演讲嘉宾】罗洪杰 | 多孔硅制备技术及其结构特征研究

4月20-21日,以“聚焦硅基负极突破·擘画固态电池新篇”为主题的“2026硅碳负极材料大会暨固态电池技术交流论坛”在浙江宁波盛大举行。本次大会由中国电子材料行业协会电池材料分会指导支持,电池工业网、北京中工产研联合主办。

本次大会吸引了电池、新能源汽车、储能和电池材料领域的相关重点企业、知名机构和研究院所等数百位代表参会,共同探讨“双碳”目标下的硅碳负极行业发展路径,为行业交流、思想碰撞、资源汇聚搭建重要平台,为推动新质生产力、创新驱动绿色转型注入新动力。

【演讲嘉宾】罗洪杰 | 多孔硅制备技术及其结构特征研究(图1)

大会主题演讲环节,东北大学冶金学院教授、博士生导师罗洪杰进行了以《多孔硅制备技术及其结构特征研究》为题的演讲。

罗教授认为,可充电锂离子电池由于高能量密度和长循环寿命,已成为继传统铅酸、镍铁和镍氢电池之后最具前景的电化学储能装置。随着电池技术的演变,负极材料也经历了“锂金属负极-合金型负-化合物负极-碳负极”的演变过程。

发展至今,硅材料已经凭借3579mAh/g的比容量和相对较低的锂化电位,使其成为锂电池中碳负极的理想替代品。其中,多孔硅具有比表面积大、吸附能力强、生物相容性好以及光致发光等特性,在传感器、表面科学、显示技术、生物成像、光电材料、微工程、天体物理学、核科学等方面具有广泛的应用前景。

在后续的演讲中,罗教授介绍了硅化镁的选择与制备、多孔硅的制备与孔结构分析,以及工艺条件对孔结构的调控作用。

首先来看硅化镁,前驱体硅化镁的选择与制备是硅基负极制备过程中的中间产品,罗教授详细分析了硅化镁的制备过程,以及压强、温度等因素在这一过程中的影响。他认为,温度对产物的宏观形态演变表现为粉末产物逐渐消失,块状结构逐渐致密,简单来说,就是随着温度升高,缺陷将同步减少,材料结构也愈发致密。

然后来看多孔硅,多孔硅是一种新型的一维纳米光子晶体材料,具有纳米尺寸厚度的孔壁以及纳米尺寸的空旷孔道。多孔硅的制备过程中,温度与压强对镁层结构有着重要影响,200~590℃的温度区间内,气体处于缓慢释放阶段,此时的镁层均匀且致密,590~650℃的区间内,气体呈现剧烈释放状态,此时镁层相对输送,且夹杂有硅化镁和少量硅。

随后,罗教授还分析了多孔硅的孔道结构,其颗粒表面孔洞均匀、排列致密,表面孔轮廓呈现多边形状,同时存在大孔、狭长裂缝和梅花状裂纹。

在此基础上,罗教授着重研究了温度、时间等各个工艺条件对多孔硅孔道结构的调控作用。

温度方面,硅化镁特征峰随温度升高逐渐减弱直至消失,与硅相有关的峰随温度升高向高角度方向移动。意味着晶体的晶格间距减小,即多孔硅的晶体结构在高温下排列更加紧密。

时间方面,在脱合金温度750℃的前置条件下,多孔硅比表面积和孔隙率随时间变化呈现出先升高后降低的趋势,其中脱合金60 min得到的比表面积和孔隙率最大。

在罗教授看来,多孔硅作为改善锂电池容量的关键材料,具有极高的技术难度和巨大的市场前景。随着多孔硅碳的突破性进展和应用,硅基负极在动力电池的领域将进入快速导入阶段。

以上根据现场录音整理,未经本人校验审核。


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