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用于锂离子电池的硅纳米线金属辅助化学蚀刻过程中的纳米颗粒排放

DOI:10.1115/1.4042383 期刊:Journal of Micro and Nano-Manufacturing 出版年份:2018 更新时间:2025-09-23 15:23:52
摘要: 作为高容量锂离子电池(LIBs)最具前景的负极材料之一,硅纳米线(SiNWs)已被广泛研究。金属辅助化学刻蚀(MACE)是制备硅纳米线的一种低成本、可扩展的方法。然而,该工艺产生的纳米颗粒排放因其对职业健康和公共健康的危害性而备受关注。本研究通过实验检测了三种尺寸(90纳米、120纳米和140纳米)硅纳米线MACE工艺产生的气载与水相纳米颗粒排放。制备的硅纳米线被用作锂离子纽扣电池负极,实验结果表明:采用90纳米、120纳米和140纳米硅纳米线的电池电极初始放电容量分别为3636 mAh g?1、3779 mAh g?1和3611 mAh g?1,初始充电容量分别为2721 mAh g?1、2712 mAh g?1和2539 mAh g?1。研究发现,每生产1千瓦时LIB电极时,140纳米硅纳米线的MACE工艺会产生高达2.48×10?颗粒/立方厘米的气载纳米颗粒浓度;120纳米硅纳米线的MACE工艺则产生质量浓度达9.95×10?毫克/升的高浓度水相颗粒排放。本研究可为锂电应用中硅纳米线MACE工艺的纳米颗粒排放提供实验数据,有助于未来该技术的环境影响评估与生命周期评价。
作者: Fenfen Wang,Xianfeng Gao,Lulu Ma,Chris Yuan
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研究概述 实验方案 设备清单

研究用于锂离子电池的硅纳米线金属辅助化学蚀刻过程中的纳米颗粒排放,以了解并减少潜在环境影响。

用于硅纳米线(SiNWs)的MACE工艺会产生大量气载和水性纳米颗粒排放,在每千瓦时锂离子电池电极生产中,140纳米硅纳米线的气载排放最高,120纳米硅纳米线的水性排放最高。该研究为环境影响评估提供了关键数据,并表明优化蚀刻步骤可减少排放。未来工作应聚焦于扩大规模并提升可持续性。

该研究仅限于采用特定蚀刻参数的实验室规模实验,未涉及大规模工业应用或长期环境影响。使用HF和AgNO3等有毒化学品存在安全隐患,且由于设备限制(例如未对含HF溶液采用ICP-MS检测),测量结果可能存在不确定性。

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