[发明专利]一种微纳结构化硅碳复合微球及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种微纳结构化硅碳复合微球，其特征在于，所述的微纳结构化硅碳复 合微球是由硅纳米材料和保护剂转化的碳组成；或者由硅纳米材料和保护剂转 化的碳以及碳纳米材料组成。

2.如权利要求1所述的微纳结构化碳硅复合微球，其特征在于，所述微纳 结构化碳硅复合微球的粒径为0.5-50μm；

优选地，所述微纳结构化碳硅复合微球中硅的重量百分含量为50-99％。

3.如权利要求1或2所述的微纳结构化碳硅复合微球，其特征在于，所述 的硅纳米材料是由工业冶炼金属硅或铁硅的合金过程中所产生的硅灰转化而 来；优选地，所述的硅纳米材料具有多孔结构；

优选地，所述的保护剂为葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖、壳聚糖、柠檬酸、 尿素、抗坏血酸、淀粉、蛋白质、明胶、阿拉伯胶、海藻酸盐、纤维素、酚醛 树脂、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、聚丙烯酸树脂、聚氯乙烯、聚 丙烯腈、聚乳酸或聚苯乙烯中的任意一种或至少两种的混合物；

优选地，所述的碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯、石墨烯氧化物、还原的 石墨烯氧化物、碳纤维、细菌纤维素类碳纤维或细菌纤维素类碳纤毛中的任意 一种或至少两种的混合物。

4.如权利要求1-3任一项所述的微纳结构化硅碳复合微球的制备方法，其 特征在于，以水或有机溶剂为溶剂，将硅纳米材料和保护剂的混合溶液或将硅 纳米材料、保护剂和碳纳米材料的混合溶液通过喷雾干燥法获得微纳结构化硅 碳复合微球。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的通过喷雾干燥法 获得微纳结构化硅碳复合微球，是指用于喷雾干燥的混合溶液于干燥室内因受 热而使其溶剂挥发，直接获得硅碳复合微球；

或者，所述的混合溶液通过喷雾干燥法获得微球后，进一步通过非氧化气 氛下热处理使微球中的保护剂和/或碳纳米材料发生碳化和或变性，获得硅碳复 合微球。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的非氧化性气氛为 氮气、氩气、氢气、氦气或二氧化碳中的任意一种或至少两种的混合物。

7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，该方法包括以 下步骤：

以水或有机溶剂为溶剂，将硅纳米材料和保护剂水溶液进行混合，作为喷 雾干燥的前驱体溶液；将所述的前驱体溶液雾化成液滴，喷雾干燥时，进料速 度为0.5-100mL/min，进风温度为100-300℃，出风温度为100℃，载气为空气 或惰性气体；获得的粉末在500℃氢气下继续干燥，制得微纳结构化硅碳复合 微球。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的前驱体溶液通过压 力式雾化器、气流式雾化器、旋转式雾化器或超声波雾化器中的任意一种雾化 成液滴；

优选地，所述的前驱体溶液中，溶质浓度为0.1-60wt％，优选为15％。

9.如权利要求1-3任一项所述的微纳结构化硅碳复合微球作为锂离子电池 活性负极材料的用途。

10.一种电化学储能器件和/或储能系统，其特征在于，所述电化学储能器 件和/或储能系统包含如权利要求1-3任一项所述的微纳结构化硅碳复合微球。