[發明專利]一種微納結構化硅碳復合微球及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201410675339.1
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN105609711A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 李祥龍;張興豪;智林杰
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;B82Y30/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;楊晞

1.一種微納結構化硅碳復合微球，其特征在于，所述的微納結構化硅碳復 合微球是由硅納米材料和保護劑轉化的碳組成；或者由硅納米材料和保護劑轉 化的碳以及碳納米材料組成。

2.如權利要求1所述的微納結構化碳硅復合微球，其特征在于，所述微納 結構化碳硅復合微球的粒徑為0.5-50μm；

優選地，所述微納結構化碳硅復合微球中硅的重量百分含量為50-99％。

3.如權利要求1或2所述的微納結構化碳硅復合微球，其特征在于，所述 的硅納米材料是由工業冶煉金屬硅或鐵硅的合金過程中所產生的硅灰轉化而 來；優選地，所述的硅納米材料具有多孔結構；

優選地，所述的保護劑為葡萄糖、蔗糖、果糖、麥芽糖、殼聚糖、檸檬酸、 尿素、抗壞血酸、淀粉、蛋白質、明膠、阿拉伯膠、海藻酸鹽、纖維素、酚醛 樹脂、聚偏二氟乙烯、聚氨基酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚碳酯、聚乙烯醇、聚乙 二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸樹脂、聚氯乙烯、聚 丙烯腈、聚乳酸或聚苯乙烯中的任意一種或至少兩種的混合物；

優選地，所述的碳納米材料為碳納米管、石墨烯、石墨烯氧化物、還原的 石墨烯氧化物、碳纖維、細菌纖維素類碳纖維或細菌纖維素類碳纖毛中的任意 一種或至少兩種的混合物。

4.如權利要求1-3任一項所述的微納結構化硅碳復合微球的制備方法，其 特征在于，以水或有機溶劑為溶劑，將硅納米材料和保護劑的混合溶液或將硅 納米材料、保護劑和碳納米材料的混合溶液通過噴霧干燥法獲得微納結構化硅 碳復合微球。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述的通過噴霧干燥法 獲得微納結構化硅碳復合微球，是指用于噴霧干燥的混合溶液于干燥室內因受 熱而使其溶劑揮發，直接獲得硅碳復合微球；

或者，所述的混合溶液通過噴霧干燥法獲得微球后，進一步通過非氧化氣 氛下熱處理使微球中的保護劑和/或碳納米材料發生碳化和或變性，獲得硅碳復 合微球。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的非氧化性氣氛為 氮氣、氬氣、氫氣、氦氣或二氧化碳中的任意一種或至少兩種的混合物。

7.根據權利要求4-6任一項所述的制備方法，其特征在于，該方法包括以 下步驟：

以水或有機溶劑為溶劑，將硅納米材料和保護劑水溶液進行混合，作為噴 霧干燥的前驅體溶液；將所述的前驅體溶液霧化成液滴，噴霧干燥時，進料速 度為0.5-100mL/min，進風溫度為100-300℃，出風溫度為100℃，載氣為空氣 或惰性氣體；獲得的粉末在500℃氫氣下繼續干燥，制得微納結構化硅碳復合 微球。

8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的前驅體溶液通過壓 力式霧化器、氣流式霧化器、旋轉式霧化器或超聲波霧化器中的任意一種霧化 成液滴；

優選地，所述的前驅體溶液中，溶質濃度為0.1-60wt％，優選為15％。

9.如權利要求1-3任一項所述的微納結構化硅碳復合微球作為鋰離子電池 活性負極材料的用途。

10.一種電化學儲能器件和/或儲能系統，其特征在于，所述電化學儲能器 件和/或儲能系統包含如權利要求1-3任一項所述的微納結構化硅碳復合微球。