低温铝热还原调控微米SiO2制备硅负极的结构与储锂性能研究

来自国内的研究人员通过低温铝热还原法，以微米级SiO2为前驱体制备硅负极材料，系统探究还原温度（220–280°C）对其结构及电化学性能的影响。结果表明，260°C下合成的Si(260)样品具有最佳循环稳定性（200圈后容量保持182 mAh g?1）和倍率性能（2 A g?1大电流下仍可恢复至938 mAh g?1），为高性能硅基负极的低成本可控合成提供重要参考。

　　

硅（Silicon, Si）因其超高理论比容量、储量丰富及环境友好等特性，被视作锂离子电池（Lithium-Ion Battery, LIB）极具前景的负极材料。目前，硅主要通过二氧化硅（SiO₂）还原法制备，其中碳热还原和镁热还原应用最广，但存在反应温度高、能耗大、产物纯度低等问题。相比之下，铝热还原（Aluminothermic Reduction）因反应温度低、操作简单、成本低廉而备受关注。

本研究以商用微米级SiO₂为前驱体，系统探究了还原温度（220、240、260和280°C）对铝热还原合成硅的产率、晶粒尺寸、结晶度及比表面积的影响。实验结果表明，260°C时SiO₂可完全还原。随温度升高，硅颗粒尺寸和比表面积逐渐减小，结晶度显著提升，产率则呈先升后降趋势。

当用作锂离子电池负极时，Si(260)样品因具有平衡的比表面积、适中的晶粒尺寸和较高的结晶度，表现出最优的循环稳定性和倍率性能。其首次放电容量达2667 mAh g^?1，首圈库仑效率为86%；在0.2 A g^?1电流密度下循环200圈后，可逆容量仍保持182 mAh g^?1。值得注意的是，当电流密度升至2 A g^?1后再降至0.1 A g^?1，容量可恢复至938 mAh g^?1。本研究阐明了低温铝热还原过程中温度依赖的结构-性能关系，为高性能硅基负极的低成本可控合成提供了关键见解。

（利益冲突声明：作者声明无利益冲突。）