本技术涉及电池电极材料，更具体地说，它涉及一种锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法。
背景技术：
1、硅碳复合材料因其超高的容量、良好的电导率和出色的倍率性能，被视为锂离子电池电极材料的有前景选择。然而，硅在充放电过程中会经历严重的体积膨胀，这可能破坏电池的结构完整性，甚至引发电解液泄漏，导致电池自燃或爆炸。为了解决这一问题，模板法被用来制备多孔硅碳材料，这种方法不仅能够提高材料的整体导电性和倍率性能，还能有效抑制体积膨胀，保持电池结构的稳定性，并延长电池的循环寿命。
2、目前，常见的应用模板法制备硅碳电极的工艺有以下几种：
3、（1）使用硅氧化物作为牺牲模板，与碳复合后，通过氢氟酸刻蚀去除模板，形成具有外部碳层和内部硅颗粒的多孔结构。
4、（2）利用镁热法还原二氧化硅，生成硅和氧化镁的复合材料，包覆碳层后，用酸刻蚀去除氧化镁，留下多孔结构。
5、（3）在硅表面先构建一层过渡金属m或mox，然后包覆碳材料，最后利用酸洗去除金属m或mox，获得多孔结构。
6、（4）使用具有不同热分解性质的多种聚合物层作为牺牲模板，通过不同碳化温度去除内部聚合物，形成具有外部碳层、中间空隙和内部硅颗粒的多孔结构。
7、针对上述相关技术，发明人认为，氢氟酸虽然能够缓慢刻蚀二氧化硅，但它具有强烈的腐蚀性，不仅对环境造成污染，还会导致效率低下。刻蚀过程耗时且危险，不利于大规模产业化的实施。镁热还原法虽然有效，但会产生高温高压环境，这不仅增加了成本，还降低了操作的便利性，并带来了较高的危险性，这同样不利于规模化生产。使用过渡金属及其氧化物作为模板的方法操作复杂，成本高昂，耗时长，且实验成功率不高，这使得产业化的实施面临较大挑战。至于采用多层聚合物包覆来实现多孔结构的设计，这种方法要求实验条件复杂，选择性有限。通常需要额外的工艺技术来确保聚合物的包覆和特定单体的使用，这不仅增加了工艺的复杂性，还延长了生产时间，提高了成本，降低了效率。
8、综上所述，发明人认为，传统的模板法工艺在规模化应用中存在一些局限性，例如高危险性、高温高压操作、成本高昂以及操作复杂性，为了克服这些挑战，需要开发更安全、更简单的新型模板技术，以制备性能优异、结构稳定、具有良好倍率性能的多孔硅碳电极材料。
技术实现思路
1、相关技术中，传统的模板法工艺在规模化应用中存在一些局限性，例如高危险性、高温高压操作、成本高昂以及操作复杂性，为了克服这些挑战，需要开发更安全、更简单的新型模板技术，以制备性能优异、结构稳定、具有良好倍率性能的多孔硅碳电极材料。为了改善相关技术中的缺陷，本技术提供一种锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法。
2、本技术提供一种锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，采用如下的技术方案：
3、一种锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）将纳米硅粉、去离子水和过氧化氢混合，然后进行超声分散，得到a液，在a液中加入水溶性钙盐，经过搅拌后得到b液；所述过氧化氢的用量为纳米硅粉重量的1.5-3.5%；
5、（2）使用水溶性碳酸盐配制碳酸盐溶液，然后将碳酸盐溶液加入b液中，经过搅拌反应后进行过滤和烘干，得到钙化硅粉；所述水溶性碳酸盐中的碳酸根离子与水溶性钙盐中的钙离子的摩尔比为1:1，所述水溶性碳酸盐中的碳酸根离子与水溶性钙盐中的钙离子的重量之和为纳米硅粉重量的0.08-0.15倍；
6、（3）将钙化硅粉、有机碳源和水混合，经过水热碳化处理后得到硅钙碳复合物；
7、（4）使用质子酸对硅钙碳复合物进行侵蚀，得到硅碳复合物，并回收钙盐溶液；
8、（5）将硅碳复合物、粘结剂、导电剂混合后进行研磨，得到电极浆料；
9、（6）将电极浆料涂覆在集流体表面，置于真空烘箱中烘干，得到负载增重量0.5-2.0mg/cm2的基片，然后将基片切割为直径10-14mm的锂电池多孔硅碳电极材料；所述集流体为铜片或涂碳铜箔。
10、通过采用上述技术方案，本技术基于硅颗粒表面在过氧化氢的氧化作用下产生的富羟基界面，通过静电吸引作用使钙离子聚集在硅粉表面并与碳酸根离子反应，在硅粉表面形成了碳酸钙包覆层，构建出了具有核壳结构的钙化硅粉。这种结构不仅增强了硅颗粒的机械稳定性，还为后续的碳化过程提供了有效的模板。在经过水热碳化处理后，有机碳源在钙化硅粉表面发生碳化反应，形成了具有内中外三层结构的硅钙碳复合物。碳层的形成不仅增强了电极材料的结构稳定性，还显著提高了材料的电导率。之后，本技术利用质子酸对硅钙碳复合物进行侵蚀，可以高效地去除caco3模板，得到了具备多孔结构的硅碳复合物。本技术简化了传统模板法中的复杂操作，提高了制备效率。通过将硅碳复合物与粘结剂、导电剂混合并研磨，得到的电极浆料具有良好的涂覆性能和均匀性，涂覆在集流体上的电极浆料经过烘干后即可得到基片。之后，通过将基片切割为标准化的直径尺寸，能够进一步得到具有长循环性、高容量和出色结构稳定性的多孔硅碳电极材料。综上所述，本技术方案不仅提高了优化了硅碳电极材料的电化学性能，还简化了制备流程，并实现了部分原材料的回收利用（如钙盐），降低了生产成本，具有很好的产业化应用前景。
11、作为优选，所述有机碳源包括葡萄糖、柠檬酸、沥青、生物质碳、有机凝胶中的至少一种。
12、通过采用上述技术方案，上述碳源均可在水热条件下发生碳化，并在钙化硅粉的表面进一步形成具有多孔结构的碳层。
13、作为优选，所述有机碳源中的碳元素总重量为步骤（1）中的水溶性钙盐中的钙离子总重量的0.96-1.35倍。
14、通过采用上述技术方案，本技术以碳元素总重量为基准优选了有机碳源的用量，能够得到电导率较高的多孔硅碳电极材料。
15、作为优选，在步骤（3）中，配制原料液的同时将碳化助剂与钙化硅粉、有机碳源和水共同混合，所述碳化助剂包括氯化铁，所述氯化铁的用量为有机碳源中含有的碳元素总重量的1-10%。
16、通过采用上述技术方案，本技术优选了氯化铁作为碳化助剂，氯化铁能够促进碳化反应的进行，并且碳化形成的碳层具有较为理想的孔隙结构，最终能够得到电导率较高的多孔硅碳电极材料。
17、作为优选，所述氯化铁的用量为有机碳源中含有的碳元素总重量的6-10%。
18、通过采用上述技术方案，本技术优选了氯化铁的用量，有助于得到电导率较高的多孔硅碳电极材料。
19、作为优选，所述碳化助剂包括苯酚，所述苯酚的用量为有机碳源中含有的碳元素总重量的0.8-3.5%。
20、通过采用上述技术方案，本技术优选了苯酚作为碳化助剂，苯酚能够增加水热体系中的芳香族化合物的浓度，促进了碳层的生成，有助于得到电导率较高的多孔硅碳电极材料。
21、作为优选，所述苯酚的用量为有机碳源中含有的碳元素总重量的2.2-3.5%。
22、通过采用上述技术方案，本技术进一步优选了苯酚的用量，有助于得到电导率较高的多孔硅碳电极材料。
23、作为优选，所述有机碳源为葡萄糖和柠檬酸的混合物，所述柠檬酸的用量为葡萄糖重量的5-15%。
24、通过采用上述技术方案，本技术优选了柠檬酸和葡萄糖共同作为碳源，并优选了柠檬酸的用量范围，柠檬酸除了作为碳源，还能够对水热碳化起到一定的促进作用，有助于得到电导率较高的多孔硅碳电极材料。
25、作为优选，所述导电剂为乙炔黑或石墨粉，所述粘结剂为cmc的水溶液。
26、通过采用上述技术方案，本技术优选了导电剂和粘结剂的具体类型，选用这些原料能够实现多孔硅碳电极材料的制备。
27、作为优选，所述水热碳化处理在180-200℃的条件下进行3-5h。
28、通过采用上述技术方案，本技术优选了水热碳化处理的条件，在上述条件下，能够使有机碳源在钙化硅粉表面充分发生碳化反应，有助于得到电导率较高的多孔硅碳电极材料。
29、综上所述，本技术具有以下有益效果：
30、1、本技术方案不仅提高了优化了硅碳电极材料的电化学性能，还简化了制备流程，并实现了部分原材料的回收利用（如钙盐），降低了生产成本，同时能够得到具有长循环性、高容量和出色结构稳定性的多孔硅碳电极材料，具有很好的产业化应用前景。
31、2、本技术中优选了氯化铁、苯酚作为碳化助剂，还优选了葡萄糖和柠檬酸共同作为有机碳源，促进了碳层的生成，有助于得到电导率较高的多孔硅碳电极材料。
1.一种锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述有机碳源包括葡萄糖、柠檬酸、沥青、生物质碳、有机凝胶中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述有机碳源中的碳元素总重量为步骤（1）中的水溶性钙盐中的钙离子总重量的0.96-1.35倍。
4.根据权利要求2所述的锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，配制原料液的同时将碳化助剂与钙化硅粉、有机碳源和水共同混合，所述碳化助剂包括氯化铁，所述氯化铁的用量为有机碳源中含有的碳元素总重量的1-10%。
5.根据权利要求4所述的锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述氯化铁的用量为有机碳源中含有的碳元素总重量的6-10%。
6.根据权利要求4所述的锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述碳化助剂包括苯酚，所述苯酚的用量为有机碳源中含有的碳元素总重量的0.8-3.5%。
7.根据权利要求6所述的锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述苯酚的用量为有机碳源中含有的碳元素总重量的2.2-3.5%。
8.根据权利要求2所述的锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述有机碳源为葡萄糖和柠檬酸的混合物，所述柠檬酸的用量为葡萄糖重量的5-15%。
9.根据权利要求1所述的锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述导电剂为乙炔黑或石墨粉，所述粘结剂为cmc的水溶液。
10.根据权利要求1所述的锂电池多孔硅碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述水热碳化处理在180-200℃的条件下进行3-5h。
