硅氧碳氮新型硅负极材料的制备及其电化学性能

以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)与甲醛为原料通过烷氧基水解和席夫碱反应生成前驱体,高温热解制备硅氧碳氮(SiOCN)复合负极材料。比较研究了商用的电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)和自制的有机氟硅电解液添加剂(MFSM2)在SiOCN电池中的电化学性能。与使用基础电解液相比,在使用MFSM2和FEC后电池可逆容量从614.6 m A·h/g分别提高至899.9 m A·h/g和886.9 m A·h/g,库仑效率从58.3%分别提高至62.2%和62.8%。循环伏安、电化学阻抗谱、扫描电子显微镜等分析结果表明,加入添加剂后在SiOCN电极表面反应形成稳定均匀致密的固体电解质界面膜,减小了界面阻抗,提高了离子传输速率,从而提高了SiOCN电池的电化学性能。

聚硅氧烷转化制备硅氧碳多孔陶瓷的研究进展

硅氧碳多孔陶瓷耐高温,密度低,比强度高,比表面积大,热导率低,介电性能优良,应用前景广阔。聚合物前驱体转化法已成为颇具前景的陶瓷材料制取手段。文章在简要介绍聚硅氧烷的基础上,从聚硅氧烷热解前、热解过程中以及热解后不同阶段形成特定的孔结构出发,重点阐述了通过聚硅氧烷热解制备硅氧碳多孔陶瓷的工艺研究现状,并提出了亟待解决的问题。

自支撑硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜基板的制备及导热性能研究

利用先驱体熔融纺膜法,经熔融纺膜、氧化交联及900-1200 ℃不同裂解温度制得系列自支撑硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜.利用红外光谱（FT-IR）分析氧化交联后及高温裂解薄膜的结构变化,通过X 射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）与扫描电镜（SEM）对薄膜微观结构及形貌进行分析,采用电阻测试仪和激光热导仪对其进行电阻率与热导率进行表征.结果表明,硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜具有较好的绝缘性能与热传导能力,随着裂解温度升高,薄膜电阻率减小,热导率大幅度增大.1200 ℃制备的样品具有合适电阻率和最佳热导率（46.8 W/（m·K））,薄膜以非晶态相SiOxCy 和游离碳为基体,细小等轴β-SiC晶弥散分布在基体中,其表面平整度高通过丝网印刷可获得两条平行的均匀致密高温银浆电路层,有望大规模应用于大功率LED封装散热基板.

硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜的氧空位形成与散热基板封装

自支撑硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜具有细小等轴β-SiC纳米晶弥散分布在非晶态相SiO_xC_y和游离碳基体的复合结构。利用电子顺磁共振谱(EPR)仪对900~1 200℃终烧薄膜复合结构中的氧空位形成进行分析;采用丝网印刷法在薄膜表面获得两条平行高温银浆电路层,并以其为散热基板进行LED器件板上芯片封装(COB)。通过扫描电镜(SEM)与光学显微镜对薄膜微观形貌及封装结构进行观察,并通过LED热光参数测试仪对其结温进行探究。结果表明,终烧温度升高,薄膜氧空位浓度增大,g因子接近自由电子值2.0023。高温银浆导电层均匀致密保证良好电导效果。1 200℃终烧薄膜作为散热基板具有较好热传导与绝缘特性,其封装LED结温约为33.7℃,低于120℃限制,有望规模应用于大功率LED器件领域。

硅树脂转化制备硅氧碳多孔陶瓷

采用硅树脂RSN-6018为陶瓷先驱体,并引入一定比例的预固化硅树脂,在N_2气氛下于1200℃裂解转化制备组分单一、孔结构可控以及陶瓷产率高的硅氧碳(Si-O-C)多孔陶瓷,研究了预固化硅树脂含量对Si-O-C多孔陶瓷微观形貌和性能的影响。结果表明:预固化硅树脂的加入可有效调节Si-O-C多孔陶瓷的孔形貌、孔径以及气孔率,当预固化硅树脂含量低于90wt%时,随着预固化硅树脂含量的增加,孔结构从贯通圆孔变为颗粒"搭接"贯通孔,再变为颗粒堆积孔,且气孔率增大;而体积收缩减小,陶瓷产率提高;耐压强度在27.9~17.5 MPa之间。

3Ah高镍/硅氧碳软包电池循环容量衰减分析

随着电动汽车的发展,对电池能量密度提出了更高的要求,具有高能量密度的高镍/硅氧碳软包电池成为长续航电动汽车的首选,但是高镍/硅氧碳电池在实际使用中存在容量快速衰减的问题。采用无损电化学分析和事后拆解分析对循环过程中电池容量和内阻的变化进行检测,通过对比电池循环前后正负极结构、材料形貌和表面成分的变化,揭示高镍/硅氧碳电池循环失效机制。结果表明:电池容量衰减呈现平稳期、快速衰减期和急速衰减期3个阶段。循环后电池极化更加严重,电池极化内阻、负极表面膜阻抗和电荷转移阻抗明显增加。通过微分曲线分析结合拆解分析发现,高镍正极材料衰减较少,硅氧碳负极材料衰减和活性锂离子损失较多。硅氧颗粒膨胀开裂,负极活性物质损失,负极表面膜连续生长消耗过多的活性锂为电池容量快速衰减的主要原因。

气固流化床硅氧碳负极材料的宏量制备

本工作基于流化床内气固相结构调控实现了流化床化学气相沉积技术批量制备锂离子电池高性能硅氧碳负极材料。针对硅氧碳负极这一类微米级细粉颗粒,颗粒间较强的范德华力使得其存在团聚严重难以流化,进而使得化学气相沉积过程中表面呈现岛状沉积问题,显著影响电化学性能。本工作首先引入颗粒相压力构造颗粒类van derWaals状态方程,基于稳定性分析给出气固相调控相图,指导硅氧碳负极二次颗粒的设计,实现其能够在流化床中充分流化进行化学气相沉积碳包覆。稳定的流动状态在避免团聚的同时能够保证高效传质传热使得氧化硅颗粒表面碳层沉积由岛状生长转变为近层状生长,成功实现了氧化硅表面的均匀碳沉积。通过多种电化学测试表征分析,制备出的硅氧碳负极材料具有良好的循环及倍率性能。该技术目前已实现百公斤级中试生产,未来有望实现百吨级工业放大。

轻质高强硅氧碳气凝胶的制备及其高温隔热性能

陶瓷气凝胶因其优异的隔热性能和高温稳定性而成为新型的高性能热防护材料,但是低的强度限制了其应用和发展。本工作以聚甲基氢硅氧烷作为前驱体、四乙烯基环四硅氧烷为交联剂,通过水热反应和冷冻成型,再经热解过程制备出轻质高强、耐高温的硅氧碳(SiOC)陶瓷气凝胶。多孔的蜂窝结构赋予SiOC气凝胶低的密度(0.13 g·cm^(-3))和热导率(0.0655 W·m^(-1)·K^(-1))以及高的抗压强度(0.96 MPa)。同时,SiOC气凝胶表现出优异的高温稳定性,在1400℃热处理和800℃氧化处理后未出现结构的坍塌,热导率和抗压强度基本保持不变。

液态聚硅氧烷交联-成型-热解制备复杂形状硅氧碳陶瓷

采用液相法,以含氢聚硅氧烷和乙烯基环四硅氧烷为前驱体,经注模、交联和热解制备出净成型的硅氧碳陶瓷体,研究了该体系的成型、交联和热解行为,以及高温热解过程中陶瓷结构和组成的转变。研究表明:该体系有很好的成型能力,以不同材质和形状的模具均可成型,经热解可制备出各种形状和尺寸的硅氧碳陶瓷材料;交联体在整个热解过程中均保持完整,可获得不同温度(400～1 000℃)的无开裂的热解体;硅氧碳陶瓷在高温热解过程中通过Si—O和Si—C键重排由无定形的Si—O—C网络转化为含SiC和SiO2纳米晶的陶瓷结构。

热解含铁聚硅氧烷原位生长硅氧碳纤维制备硅氧碳复合材料

将铁氯化物混入聚硅氧烷前驱体进行交联成型和热解,利用热解中在聚硅氧烷中形成的孔隙和在孔隙中形成的铁颗粒为催化剂,在硅氧碳陶瓷基体中原位生长出硅氧碳纳米纤维,制备出硅氧碳陶瓷和硅氧碳纤维复合材料。用扫描电子显微镜观察材料断面,结果显示:在硅氧碳陶瓷基体中生长出纳米纤维,部分纤维取向分布,纤维紧贴于硅氧碳陶瓷基体,二者呈良好结合;能谱分析显示纤维中含硅、氧和碳,证实其为硅氧碳。所制得的硅氧碳陶瓷和硅氧碳纤维的复合结构不同于通常热解纯聚硅氧烷形成的单相的硅氧碳结构,在硅氧碳基体中的硅氧碳纤维是在聚硅氧烷前驱体中引入的铁催化剂在热解过程中通过催化聚硅氧烷一维生长形成的,该过程可用于发展一步法原位制备纳米纤维前驱体陶瓷复合材料。

渔塘坝富硒硅质岩成因及沉积环境探讨:硅、氧、碳和硫同位素证据

鄂西渔塘坝含碳硅质岩段(P_1~3m)为硒矿床的主要赋硒层位,其硅、氧同位素组成δ^(30)Si变化范围为0.5‰～1.8‰(平均1.25‰);δ^(18)O为22.7‰～27.1‰(平均25.3‰);硅质岩中黄铁矿δ^(34)S的值变化范围为-27.7‰～5.65‰,幅度大于20‰;硅质岩层位中方解石样品的δ^(13)C值范围为4.19‰～0.52‰。综合研究表明,渔塘坝硅质岩在成因上主要表现为热水沉积特征,成岩温度为45℃,形成于半封闭的浅海至滨浅海(滞留的盆地)缺氧沉积环境。

硅碳氧薄膜光学性能研究

硅碳氧（SiCO）薄膜是一种三元玻璃状化合物材料,具有热稳定性好、能带宽、折射率大、硬度高等特性,是一种具有潜在应用价值的新颖光学薄膜材料。本文采用射频磁控溅射技术在Si（100）及K9玻璃上制备了硅碳氧薄膜。利用椭圆偏振仪、紫外/可见/近红外光度计及X射线光电子能谱测试表征了薄膜的光学性能及薄膜组分。研究发现,通过改变基片温度、工作压强及溅射功率等工艺参数,所制备的硅碳氧薄膜均具有高折射率（大于1.80）,相比之下,K9玻璃基硅碳氧薄膜的折射率有着更大的变化范围（1.84~2.20）。通过对K9玻璃基硅碳氧薄膜的光学透射性能研究表明,以硅碳氧陶瓷作为溅射靶材,采用射频磁控溅射技术在K9玻璃基上可以制备出,在可见光及近红外区域有着较好光学透射性能,平均透过率能到达83%的硅碳氧薄膜。

基于透射光谱确定硅碳氧薄膜的光学常数

硅碳氧薄膜是一种含有Si、C和O三种元素的玻璃状化合物材料,同时拥有碳化硅薄膜及氧化硅薄膜多种优异的特性,如热稳定性好、能带宽、折射率大、硬度高和热导率高等,是一种具有潜在应用价值的新颖光学薄膜.基于硅碳氧薄膜的紫外/可见/近红外透射光谱,采用Swanepoel极值包络线法,结合WDD色散模型,建立了一套精确、方便并适合于计算硅碳氧薄膜光学常数的方法.方便地获得了硅碳氧薄膜折射率、厚度等光学常数.并将厚度计算结果与实际测量值进行了比较.结果表明,试验中研究硅碳氧薄膜光学常数所采用的方法是合理的,能够准确地获得硅碳氧薄膜的折射率及厚度等光学常数.

溅射气压对碳硅氧薄膜透过率及光学带隙的影响

采用射频磁控溅射技术在玻璃基底和单晶硅片(100)上制备了碳硅氧(Si OC)薄膜,通过扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱及紫外可见透射光谱等技术手段对其进行了分析,研究了在不同溅射气压下所制备薄膜的组分、透过率及光学带隙。结果表明:随着溅射气压的增大,薄膜内部sp^3键含量、透过率及光学带隙均随之增大,sp^3键及其形成的宽带隙σ键对薄膜光学带隙有着较大影响。在溅射气压为3.0 Pa的条件下,薄膜光学带隙为2.67 e V。

沉积参数对硅碳氧薄膜光学性能的影响研究

硅碳氧薄膜拥有热稳定性好、能带宽、折射率大、硬度高、热导率高等优异性能,是一种具有潜在应用价值的新颖光学薄膜。采用射频磁控溅射技术在K9玻璃上制备了硅碳氧薄膜,并研究了沉积参数对硅碳氧薄膜光学性能的影响。结果表明,所制备的硅碳氧薄膜呈现出优异的光学透射性能,工作压力的增高和溅射功率的降低都会使薄膜的透射光谱发生蓝移现象,而基片温度的降低、工作压力的升高及溅射功率的减小都能使薄膜的光学透射性能更好。改变沉积参数,可以获得不同的薄膜沉积速率。折射率在1.80～2.20之间变化。

碳含量及其结构对 SiOC 陶瓷纤维抗氧化性的影响

以乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）、正硅酸乙酯（TEOS）和苯基三甲氧基硅烷（PTMS）为原料，采用溶胶-凝胶法制备出了致密的 SiOC 纤维.研究结果表明，通过在 VTMS 中加入不同比例的 TEOS 或者 PT-MS 可以把 SiOC 陶瓷纤维的碳含量在21．8％~30．1％之间调节.纤维中碳的含量和结构对其抗氧化性有显著影响.抗氧化性随着碳含量和碳畴尺寸的增加而下降，以75％ VTMS-25％ TEOS 为原料制备的SiOC 陶瓷纤维在空气中氧化时可以在纤维表面形成致密的氧化膜，降低氧扩散速度，使该纤维具有良好的抗氧化性.

聚有机硅倍半氧烷热解研究进展

国防航空工业的发展需求高性能陶瓷 ,尤其是纳米陶瓷。聚有机硅倍半氧烷可作为前躯体 ,通过热解制备陶瓷。该方法操作简便 ,易于控制。本文综述了国外有关聚有机硅倍半氧烷热解理论与应用研究近况 ,并对这一领域的发展进行了展望。

静电纺聚碳硅烷制备SiOC超细纤维（英文）

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用静电纺丝法和先驱体转化法制备SiOC超细纤维,研究PCS溶液浓度和表面活性剂对纤维形貌和直径的影响。实验结果表明:添加表面活性剂后,纤维分布均匀,串珠现象消失;通过调节溶液中PCS比例,纤维直径分布范围为500~900 nm。力学性能测试表明SiOC纤维毡的抗拉强度可达8.88 MPa。SiOC超细纤维毡也展现出优异的热稳定性和抗化学腐蚀性能,在苛刻环境中可以作为催化剂载体和过滤材料使用。

Si-O-C骨架支撑型高循环性能锂离子电池硅基负极材料(英文)

通过经济有效的方法制备得到一种具有长循环寿命的高效稳定性硅/硅氧碳/无定形碳的复合负极材料结构.在这种结构中,以具有稳定化学性能的硅氧碳结构作为骨架,来支撑和隔离硅纳米颗粒结构.材料中包含的无定形碳组分可提高硅/硅氧碳结构的电导性能.这种复合负极结构在0.3C电流充放电情况下,不仅能发挥出637.3 mAh·g-1的比容量,而且在经过100周的充放电循环后,其容量保持率也达到86%.这种新型硅基负极材料的设计为其他功能材料的设计提供了一种潜在可能的方法.

碳材料改性SiOC负极在锂离子电池中的研究进展

SiOC具有理论比容量高、机械柔性好、结构稳定和价格低等一系列优良性能,被认为是极具潜力的锂离子电池负极材料之一。然而,SiOC电导率低导致倍率性能和循环能力较差,从而制约了其在锂离子电池领域的发展与应用。纳米碳材料具有高比表面积、高机械稳定性以及优异的导电性等特点,与SiOC复合后作为负极材料可显著改善锂离子电池的电化学性能。本文综述了石墨、碳纳米管、石墨烯以及碳纳米纤维等与SiOC负极材料的复合工艺路线,探讨了基于不同碳材料的改性设计思路,以及电极微观结构与电化学性能之间的构效关系。最后,指出了SiOC/C复合负极材料存在的主要问题和发展方向,并展望了SiOC基负极材料的应用前景。