颗粒研磨的娃）通常具有大于约〇. 5m2/g且小于约2m2/g(例如，使用BrunauerEmmet Teller(BET)颗粒表面积量测仪）的每单位质量的平均表面积，而纳米尺寸的硅颗粒通常 具有大于约l〇〇m2/g且小于约500m2/g的每单位质量的平均表面积。本文所述的某些实施方 案可具有的每单位质量的平均表面积为约lm2/g至约30m2/g、约lm2/g至约25m2/g、约lm2/ g至约 20m2/g、约lm2/g至约 10m2/g、约 2m2/g至约 30m2/g、约 2m2/g至约 25m2/g、约 2m2/g至 约 20m2/g、约 2m2/g至约 10m2/g、约 3m2/g至约 30m2/g、约 3m2/g至约 25m2/g、约 3m2/g至约 20m2/g、约 3m2/g至约 10m2/g(e.g.，约 3m2/g至约 6m2/g)、约 5m2/g至约 30m2/g、约 5m2/g至 约 25m2/g、约 5m2/g至约 20m2/g、约 5m2/g至约 15m2/g、或约 5m2/g至约 10m2/g。
[0079] 可将具有纳米尺寸特征的微米尺寸的硅颗粒的不同实例用于形成如本文所述的 复合材料的某些实施方案。例如，图3示例了形成复合材料的某些实施方案的示例方法 200。所述方法200包括提供多个硅颗粒（例如，具有约1μm至约30μm的平均粒径和包 含纳米尺寸特征的表面的硅颗粒），方框210。所述方法200还包括形成包含前驱体和所述 多个硅颗粒的混合物，方框220。所述方法200还包含热解前驱体，方框230,以便将前驱体 转变为一种或多种类型的碳相以形成复合材料。
[0080] 对于方法200中的方框210,可合成具有本文所述的特征的硅作为流化床反应器 (FBR)的产物或副产物。例如，在FBR方法中，有用的材料可在硅晶种材料上生长。通常，在 重力作用下将颗粒从反应器中去除。一些细微粒的硅材料可从反应器顶部离开反应器或可 沉积在反应器壁上。离开反应器顶部或沉积在反应器壁上的材料（例如，副产物材料）可 在微米级颗粒上具有纳米级的特征。在一些这样的方法中，气体（例如，氮气运载气体）可 通过硅材料。例如，硅材料可以是多种颗粒状的硅。气体可以足够高的速度通过硅材料以 使固体硅材料悬浮且使其表现得像流体一样。该方法可在惰性气氛中进行，例如，在氮气或 氩气下。在一些实施方案中，还可以使用硅烷气体，例如，使金属娃在娃颗粒表面生长。从 气相中生长的方法可提供具有独特表面特性的硅颗粒，例如，纳米尺寸的特征。由于硅经常 以平滑形状裂开，例如像玻璃，使用FBR方法形成的硅颗粒的某些实施方案可有利地获得 小特征，例如，在纳米尺寸的范围内，所述小特征在一些从较大娃颗粒研磨形成娃颗粒的实 施方案中并不如此容易可获得。
[0081] 此外，由于FBR方法可以处于惰性气氛下，可以获得非常高纯度的颗粒（例如，比 99. 9999%更高的纯度）。在一些实施方案中，可以获得约99. 9999%至约99. 999999%的纯 度。在一些实施方案中，FBR方法可以与太阳能级多晶硅生产所使用的方法相似，同时比传 统Siemens方法少用85%的能量，其中在1150°C下，多晶硅可以随着三氯甲硅烷的分解且 在高纯度硅棒上沉积另外的硅材料而形成。因为纳米尺寸的硅颗粒在电化学电池中已表现 出增强循环寿命性能，因此微米尺寸的硅颗粒还没有被考虑用作电化学电池中的电化学活 性材料。
[0082] 对于方法200中的方框220和方框230,形成包含前驱体和多个硅颗粒的混合物， 方框220,以及热解前驱体，方框230,将前驱体转变为一种或多种类型的碳相，以便分别形 成与本文所述方法100中的方框101和方框105相似的复合材料。在一些实施方案中，在 温度低于硅的熔点（例如，约1414°C)之下发生的热解（例如，约900°C至1350°C)并不影 响娃颗粒的纳米尺寸的特征。
[0083] 根据本文所述的某些实施方案，某些具有纳米表面特征的微米尺寸的硅颗粒可达 到高能量密度，且可用于电化学电池中的复合材料和/或电极中以改善在电池循环过程中 的性能。 实施例
[0084] 下列用于阳极制造的实施例方法通常包括将组分混合在一起，将那些组分铸塑在 可除去的基板上，干燥、固化、除去基板，然后热解所产生的样品。通常，将N-甲基-2-吡咯 烷酮（NMP)用作溶剂以改变任何混合物的粘度并使其可使用刮片方法铸塑。
[0085] 实施例1
[0086] 在实施例1中，使用Spex8000D机器，将重量比为200:55:5:20的聚酰亚胺液 态前驱体（来自HDMicrosystemscorp.的PI2611)、石墨颗粒（来自Timcalcorp.的 SLP30)、导电碳颗粒（来自Timcalcorp.的SuperP)和娃颗粒（来自AlfaAesarcorp.) 混合在一起，时间为5分钟。然后，将混合物铸塑在铝箱上并使其在90°C的烘箱中干燥以 去除溶剂，例如，NMP。随后是在可忽略的压力下，在热压机中在200°C下的固化步骤，时间 为至少12小时。然后，通过在12. 5%的HC1溶液中蚀刻去除铝箱衬垫。然后，在DI水中 漂洗剩余的膜、干燥，然后在氩气流下在1175Γ下热解约1小时。以重量计，所述方法产生 15. 8%的PI2611衍生的碳、57. 9%的石墨颗粒、5. 3%的来源于SuperP的碳和21. 1%的 硅的组合物。
[0087] 然后，在对于锂NMC氧化物阴极的袋装电池配置中测试所产生的电极。图4所示 为典型的循环图。
[0088] 实施例2
[0089] 在实施例2中，首先使用Turbula混合器将1:9重量比的硅颗粒（来自EVNAN0 AdvancedChemicalMaterialsCo.，Ltd.)与NMP混合 1 小时。然后，以 200:55:5:200 的 重量比将聚酰亚胺液态前驱体（来自HDMicrosystemscorp.的PI2611)、石墨颗粒（来 自Timcalcorp.的SLP30)和碳纳米纤维（来自Pyrografcorp.的CNF)加入至Si:NMP 混合物中并涡旋约2分钟。然后，将混合物铸塑在覆盖有21μπι厚的铜网的铝箱上。然后， 使样品在90°C的烘箱中干燥以去除溶剂，例如，ΝΜΡ。随后是在可忽略的压力下，在热压机 中在200°C下的固化步骤，时间为至少12小时。然后，通过在12. 5%的HC1溶液中蚀刻去 除铝箱衬垫。然后，在DI水中漂洗剩余的膜、干燥，然后在氩气下在1000°C下热解约1小 时。以重量计，所述方法产生15. 8%的PI2611衍生的碳、57. 9%的石墨颗粒、5. 3%的CNF 和21. 1 %的硅的组合物。
[0090] 然后，在对于锂NMC氧化物阴极的袋装电池配置中测试所产生的电极。图5所示 为典型的循环图。
[0091] 实施例3
[0092] 在实施例3中，使用Turbula混合器将重量比为40:1的聚酰亚胺液态前驱体（来 自HDMicrosystemscorp.的PI2611)和 325 目的娃颗粒（来自AlfaAesarcorp.)混 合在一起，时间为1小时。然后，将混合物铸塑在铝箱上并使其在90°C的烘箱中干燥以去除 溶剂，例如，NMP。随后是在可忽略的压力下，在热压机中在200°C下的固化步骤，时间为至 少12小时。然后，通过在12. 5%的HC1溶液中蚀刻去除铝箱衬垫。然后，在DI水中漂洗剩 余的膜、干燥，然后在氩气流下在1175°C下热解约1小时。以重量计，所述方法产生75%的 PI2611衍生的碳和25%的硅的组合物。
[0093] 然后，在对于锂NMC氧化物阴极的袋装电池配置中测试所产生的电极。图6所示 为典型的循环图。
[0094] 实施例4
[0095] 在实施例4中，使用涡旋仪，将重量比为20:200:30:8:4:2:1:15的硅微粒（来自 AlfaAesarcorp·)、聚酰亚胺液态前驱体（来自HDMicrosystemscorp.的PI2611)、石 墨颗粒（来自Timcalcorp.的SLP30)、磨碎的碳纤维（来自FibreGlastDevelopments corp·)、碳纳米纤维（来自Pyrografcorp.的CNF)、碳纳米管（来自CNAN0Technology Limited)、导电碳颗粒（来自Timcalcorp.的SuperP)、导电石墨颗粒（来自Timcacorp. 的KS6)混合5分钟。然后，将混合物铸塑在铝箱上。然后使样品在90°C的烘箱中干燥以去 除溶剂，例如，NMP。随后是在可忽略的压力下，在热压机中在200°C下的固化步骤，时间为 至少12小时。然后，通过在12. 5%的HC1溶液中蚀刻去除铝箱衬垫。然后，在DI水中漂洗 剩余的膜、干燥，然后在氩气下在1175Γ下热解约1小时。所述方法产生与初始混合物相似 的组合物，但具有为7. 5%的聚酰亚胺前驱体初始重量的PI2611衍生的碳部分。
[0096] 然后，在对于锂NMC氧化物阴极的袋装电池配置中测试所产生的电极。图7所示 为典型的循环图。
[0097] 实施例5
[0098] 在实施例5中，使用Turbula混合器，将重量比为4:1的聚酰亚胺液态前驱体（来 自HDMicrosystemscorp.的PI2611)和娃微粒（来自AlfaAesarcorp.)混合在一起， 时间为1小时。然后，将混合物铸塑在覆盖有碳遮蔽物（来自FibreGlastDevelopments Corporation)的铝箱上并使其在90°C的烘箱中干燥以去除溶剂，例如，NMP。这随后是在 可忽略的压力下，在热压机中在200°C下的固化步骤，时间为至少12小时。然后，通过在 12. 5%的HC1溶液中蚀刻去