一种微纳结构化碳硅复合微球及其制备方法和用途技术

一种微纳结构化碳硅复合微球及其制备方法和用途。本发明专利技术通过喷雾干燥法将二氧化硅纳米颗粒与保护剂及碳纳米材料进行复合及微纳米结构化，通过非氧化气氛下热处理制得碳/二氧化硅复合微球，进一步通过金属热还原法，获得微纳结构化碳硅复合微球。本发明专利技术的制备方法不仅成本低廉、工艺简单、能耗低、可规模化，而且所得微纳结构化碳硅复合微球中的碳硅纳米颗粒具有一种核－空心壳结构，其作为锂离子电池负极材料充放电体积比容量高、循环稳定。

Micro nano structured carbon silicon composite microsphere and preparation method and application thereof

Micro nano structured carbon silicon composite microsphere and preparation method and application thereof. The spray drying process of silica nanoparticles with protective agent and carbon nano composite materials and nano structured, through heat treatment for non oxidizing atmosphere, the carbon / silica composite microspheres, further through the metal thermal reduction method for micro nano structured silicon carbon composite microspheres. The preparation method of the invention not only has the advantages of low cost, simple process, low energy consumption, large scale, and the micro nano silicon carbon nanoparticle structured carbon silicon composite microspheres with a hollow core shell structure, as anode material for lithium ion battery charge and discharge volume of high specific capacity, cycle stability.

【技术实现步骤摘要】
一种微纳结构化碳硅复合微球及其制备方法和用途
本专利技术涉及锂离子电池负极材料
，具体涉及一种微纳结构化碳硅复合微球及其制备方法和用途，尤其涉及一种具有核-空心壳结构的微纳结构化碳硅复合微球及其制备方法和用途。
技术介绍
硅可作为一种代替石墨在二次电池，尤其是锂离子电池中的负极活性材料，其具有更好的容量。然而，硅材料在充放电过程中伴有巨大的体积变化，产生的机械应力导致活性材料的粉化和结构崩塌及材料与集流体间的脱离，从而造成容量迅速衰减和电池循环性能降低。此外，由于这种体积膨胀效应，硅在电解液中难以形成稳定的固体电解质界面SEI膜，导致充放电效率降低，加速循环性能的进一步恶化。将硅材料纳米结构化和/或多孔化、进而与碳纳米材料结合构筑纳米复合材料可以在一定程度上解决硅在充放电过程中由于体积膨胀效应引起的结构及表界面不稳定性问题，从而改善其充放电、循环性能。值得注意的是，材料的纳米结构化和/或多孔化通常已经直接导致了活性电极材料的振实密度大大减小，严重制约了其体积比容量和能量密度的提升，阻碍电池和/或相关储能系统的微型化。研究表明，构筑微纳结构化硅或碳硅复合材料是解决上述问题的一种有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳结构化碳硅复合微球的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：以二氧化硅颗粒与保护剂的混合溶液作为喷雾干燥的前驱体溶液，进行喷雾干燥并热处理，制备得到微纳结构化碳/二氧化硅复合微球，然后，通过金属热还原法制备微纳结构化碳硅复合微球。

【技术特征摘要】
1.一种微纳结构化碳硅复合微球的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：以二氧化硅颗粒与保护剂的混合溶液作为喷雾干燥的前驱体溶液，进行喷雾干燥并热处理，制备得到微纳结构化碳/二氧化硅复合微球，然后，通过金属热还原法制备微纳结构化碳硅复合微球。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护剂为葡萄糖、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。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅颗粒为气相二氧化硅颗粒；优选地，所述二氧化硅颗粒的粒径为5nm-300nm；优选地，所述喷雾干燥的前驱体溶液中，溶剂为水和/或有机溶剂；优选地，所述喷雾干燥的前驱体溶液中，溶质的质量浓度为0.1％-60％，优选为15％；优选地，所述二氧化硅和保护剂的质量比为1:(0.1-50)；优选地，所述喷雾干燥的前驱体溶液中还包含碳纳米材料；优选地，所述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任一项所述的方法，其特征在于，所述喷雾干燥的进料速度为0.5mL/min-100mL/min，优选为10mL/min-60mL/min；优选地，所述喷雾干燥的进风温度为100℃-300℃，优选为120℃-220℃；优选地，所述喷雾干燥的出风温度通过设备自动调节；优选地，所述喷雾干燥的载气为空气或惰性气体；优选地，所述喷雾干燥中，使用雾化器将喷雾干燥的前驱体溶液雾化成滴，所述雾化器为力式雾化器、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。5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述热处理在非氧化气氛条件下进行；优选地，所述非氧化气氛为氦气...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥龙，张兴豪，智林杰，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11