オキシカーバイドガラス

オキシカーバイドガラスは、シリコンオキシカーバイドとも呼ばれ、二酸化ケイ素に加えて酸素と炭素を含むガラスの一種です。^[1]一部の酸素原子を炭素原子に置き換えることで生成されます。このガラスには、アモルファスカーボンとシリコンカーバイドの粒子が含まれている場合があります。^[2]さまざまな化学量論のSiOC材料は、一般に高密度、高硬度、高使用温度のため魅力的です。多様な成形技術により、複雑な形状の高性能部品を実現できます。純粋なSiCとは異なり、SiOCの汎用的な化学量論は、処理パラメータを適切に選択することで物理的特性を調整するさらなる方法を提供します。^[3]

アモルファスシリコンオキシカーバイドは、ポリカルボシランを含むプレセラミックポリマーの熱分解生成物として形成されることがあります。このような材料は、ステレオリソグラフィータイプのプロセスを使用したセラミック部品の積層製造に向けてますます関心が高まっています。ポリマー前駆体から形成されたシリコンオキシカーバイドは、ポリマー由来セラミックスとして知られる材料クラスの重要なメンバーを構成します^[4]

SiOCの微細構造は他の相との組成によって変化します。また、製造された複合材料によってミクロ、メソ、マクロの多孔性が導入されることもあります。多孔性の配列は、膜としての使用など、特定の目的に合わせて設計されます。^[5]^[6]

電極材料としての使用

純粋な素材

^{シリコンオキシカーバイドは、600～700mAh g −1}の高いリチウムイオン貯蔵容量^[7]、リチウム化時の体積膨張が約7%と低い^[8]^[9]^[10]、および高い電子伝導性を備えています。

ホストマトリックスとして

リチウムイオン電池のアノード電荷貯蔵容量を最大化するために、SnやSbなどの合金型アノード材料は、992および660 mAh g ⁻¹という高い理論容量と、0.01～1.5 V vs . Li ⁺ /Liという適切なリチウム化/脱リチウム化電圧ウィンドウのために大きな関心を集めています。合金型アノードのナノ構造化における最近の進歩は、サイクル安定性を著しく妨げるリチウム化時の体積膨張の課題を緩和する効果的な方法を提供します。^[11]さらに、このような電極の安定化に向けた一般的なアプローチの1つは、マトリックス内にナノ粒子の形でSnまたはSbを埋め込むことです。マトリックスは、体積変化を緩衝し、より優れた電子接続性を付与し、リチウム化/脱リチウム化時の粒子の凝集を防ぐのに役立ちます。これに関連して、シリコンオキシカーバイドは、SnおよびSb介在物を安定化するための魅力的な候補です。

プレセラミックポリマーを単一源前駆体として熱分解することにより、SiOCマトリックスに埋め込まれたSnナノ粒子の容易な合成が報告されている。このポリマーには、それぞれSnとSiの源として、Sn 2-エチルヘキサノエート（Sn(Oct) ₂）とポリ（メチルヒドロシロキサン）が含まれている。非極性ジビニルベンゼン側鎖で官能基化すると、ポリマーはSn(Oct) ₂と適合するようになる。このアプローチにより、サイズが5～30 nmのSnナノ粒子がSiOCマトリックスに均一に分散する。SiOC/Snナノ複合体のアノードは、それぞれ74.4 mA g -1と2232 mA g ^-1 （グラファイトのC/5および6Cレート）の電流密度で644 mAh g -1と553 mAh g ^-1の高容量を示し、高電流で容量低下がわずか14%という優れたレート能力を示している。^[12]

同様のアプローチが Sb ナノ粒子の安定化にも報告されており、5～40 nm のサイズの SiOC マトリックスに均一に埋め込まれた Sb ナノ粒子がプレセラミックポリマーの熱分解によって得られています。後者は、Sb 2-エチルヘキサノエートとポリ(メチルヒドロシロキサン)/ジビニルベンゼン混合物の Pt 触媒ゲル化反応によって得られます。これらの前駆体の完全な混和性は、ポリ(メチルヒドロシロキサン)を非極性ジビニルベンゼン側鎖で官能化することによって達成されました。SiOC/Sb で構成されたアノードは、 74.4～2232 mA g ⁻¹の電流密度で703～549 mA hg ⁻¹の範囲の電荷貯蔵容量を提供する高レート能力を示すことが示されています。^[13]

参考文献

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