整个过程简便且大大降低了成本,为大规模生产硅颗粒,制备硅负极提供了新思路,并且也为硅在光伏,热电领域的制备合成提供了新方法。该论文的通讯作者是南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授,第一作者是现代工程与应用科学学院硕士研究生金艳同学,该研究成果得到了国家重点基础研究项目,国家自然科学基金创新群体项目和江苏省优势学科建设项目资助。朱嘉教授课题组自成立以来,围绕着工业粗硅的再利用展开了一系列研究,结果已陆续发表在PNAS,
Nano Letters等国际主流期刊上,受到业内的广泛关注。

该课题组着眼于工业生产中的低纯度硅源,通过球磨和金属辅助化学刻蚀的方法,将微米级颗粒暴露在酸性溶液中,发生的化学刻蚀能够将低纯度硅中的杂质去除,将硅纯度从83.4%提升到99.4%,同时化学刻蚀将微米级硅颗粒变成多孔状。这些被纯化且多孔化的硅颗粒,运用在锂离子电池的负极方面,能够缓解其在嵌锂时发生的体积膨胀,获得了很好的循环及倍率性能。

www.469net ,微米级硅颗粒纯化与多孔化的示意图

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众所周知,硅是信息科学和能源科学的一种重要材料,在电子器件集成电路,太阳能电池和锂离子电池等领域都有广泛的应用。不同的应用对硅纯度有不同要求,比如电子级和太阳能级硅纯度分别为99.99999999%和99.9999%,锂离子电池对硅纯度要求为99%。目前主要的生产工艺,包括改良西门子工艺和硅烷热分解生产多晶硅工艺,都涉及到高温高压以及对HCI和H2的大量消耗,工艺复杂,成本很高。

现代工程与应用科学学院朱嘉教授课题组在硅纯化领域进一步取得进展,同时实现对低纯硅源的纯化和多孔化,并成功应用在能源存储领域,该研究成果(Simultaneous
Purification and Perforation of Low-Grade Si Sources for Lithium-Ion
Battery Anode)发表在《纳米快报》(DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03932)。

( 现代工程与应用科学学院 科学技术处)

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