本发明涉及锂离子电池材料，更具体，涉及一种负载铜的多孔硅碳复合材料及制备方法、电池负极材料。
背景技术：
1、硅作为锂离子电池已成为电动汽车和固定储能应用中最先进的电池技术，具有高能量密度、功率密度和长寿命。然而，电池的能量密度仍限制了电动汽车的行驶里程。因此，除了优化安全性、可持续性和成本外，迫切需要开发更高容量的新电极材料。现有锂离子电池容量有限，难以满足不断增长的需求。随着市场对锂电池快速充电和长续航的需求增加，对负极材料的要求也提高。硅具有高理论容量、丰富储备、合适价格、工作电位和成功应用，被视为有前途的负极材料。然而，硅在循环中体积变化大，对循环寿命不利且电导率低。硅碳复合材料被认为是可解决此挑战的技术。目前，已采取多种策略改善硅基负极问题，包括采用不同尺寸和形状的硅纳米颗粒以降低体积效应和内部压力，提高循环稳定性。各种方法制备不同结构的硅基复合材料以减缓硅颗粒体积变化和应力对电极的影响。硅碳复合材料因能有效缓解硅体积膨胀、提高导电性和分散性而备受关注。
2、本发明提供一种碳包覆多孔硅负极材料，抑制硅粉化、减少sei膜不稳定形成、提高结构稳定性、导电性和电化学性能。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种负载铜的多孔硅碳复合材料的制备，包括：
2、制备负载铜的微米硅；
3、将所述负载铜的微米硅进行刻蚀形成负载铜的多孔微米硅；
4、将所述负载铜的多孔微米硅进行碳化，得到所述负载铜的多孔硅碳复合材料。
5、进一步地，所述制备负载铜的微米硅包括：
6、将微米硅粉加入氢氟酸溶液中，形成第一溶液；
7、配置硫酸铜及乙二胺四乙酸二钠的沉积液，将所述沉积液滴加至所述第一溶液，经过离心、干燥，得到负载铜的微米硅的前驱体；
8、将所述前驱体进行热处理，得到所述负载铜的微米硅。
9、进一步地，所述微米硅粉、硫酸铜及乙二胺四乙酸钠的摩尔比为355-357:1-50:10-100。
10、进一步地，所述微米硅粉加入氢氟酸溶液之前，还需进行预处理，所述预处理包括将微米硅于溶剂中超声处理和/或使用氢氟酸溶液浸泡。
11、进一步地，所述第一溶液中氢氟酸溶液的浓度为1-10m。
12、进一步地，所述第一溶液中微米硅粉的浓度为5-15g/l。
13、进一步地，所述硫酸铜的浓度为10-500mmol/l。
14、进一步地，所述乙二胺四乙酸二钠的浓度为100-1000mmol/l。
15、进一步地，所述滴加速度为0.5ml-3ml/min。
16、进一步地，所述干燥条件为：真空干燥，温度50-120℃，时间8-12h；
17、进一步地，所述热处理条件为：在惰性气体气氛中以2-30℃min-1的升温速率加热至300-600℃后，使用惰性气体/h2混合气作为载气，在300-600℃并保温0.5-3h。
18、进一步地，将所述负载铜的微米硅进行刻蚀形成负载铜的多孔微米硅包括：
19、将负载铜的微米硅加入去离子水及有机溶剂，再加入刻蚀液，然后恒速滴加氧化剂，分离、干燥，得到所述负载铜的多孔微米硅。
20、进一步地，所述负载铜的微米硅与蚀刻液的摩尔比为1:1-1:9。
21、进一步地，反应体系中所述蚀刻液的溶液浓度除以蚀刻液与氧化剂的溶液浓度之和的值为0.5-0.95。
22、进一步地，所述刻蚀液为氢氟酸，优选地，反应体系中所述氢氟酸的浓度为3-6m。
23、进一步地，所述氧化剂为过氧化氢。
24、进一步地，所述刻蚀时间为0.5-6h。
25、进一步地，所述干燥条件为：真空干燥，温度50-120℃，时间8-12h。
26、进一步地，所述过氧化氢的滴加速度为6ml-24ml/h。
27、进一步地，将所述负载铜的多孔微米硅进行碳化包括：
28、将所述负载铜的多孔微米硅置于管式热处理炉中，引入碳源气体，进行加热。
29、进一步地，所述碳源气体为含碳烃类气体。
30、进一步地，所述加热条件为：在惰性气体气氛中以2-30℃min-1的升温速率加热至600-1000℃；使用惰性气体/碳源气体混合气作为载气，在600-1000℃并保温1-6h。
31、进一步地，所述混合气体中惰性气体与碳源气体的体积比为1:1-9:1。
32、本发明提供一种负载铜的多孔硅碳复合材料，由上述方法制备。
33、本发明提供一种电池负极材料，包括上述的负载铜的多孔硅碳复合材料。
34、本专利的有益效果：
35、1)微米硅的预处理可以除去微米硅表面的有机物和氧化层，进而提高铜金属颗粒催化剂的负载位点。
36、2)微米硅经过可控的两步铜金属辅助化学刻蚀可实现表面均匀沉积纳米金属颗粒和多孔刻蚀，提供制备了一种均匀多孔硅的方法。铜离子的还原减少了铜颗粒聚集，控制了颗粒尺寸，使多孔硅刻蚀效果更佳。
37、3)使用金属辅助化学刻蚀方法制备的多孔硅材料具有多孔结构。这种结构为体积膨胀提供了有效缓冲，从而提高了材料的循环稳定性。同时，插入金属铜纳米粒子可以增加复合材料的导电性，显著降低微米硅的体电阻，并促进锂离子的传输和扩散。
38、4)沉积铜金属颗粒本身具有催化作用。它可以为颗粒在高温化学气相沉积过程中的无定形碳形成提供催化效果，降低反应温度，从而降低活化温度或活化时间，减少生产能耗。
39、5)本发明采用化学气相沉积技术，在多孔硅碳材料表面成功包覆了一层致密且均匀的碳层。该碳层作为粘结剂，能够将微米硅和铜金属颗粒有效地结合起来，提高复合材料的结构稳定性。同时，这层碳层还具有优异的电化学性能，在锂离子电池中充当电解液屏障，减少液体电解液和电极界面处的副反应，形成稳定的固体电解质层，以稳定电极并提高长期循环性能。碳层与金属颗粒协同作用，提高材料的导电率，促进锂离子的传输能力。化学气相沉积相比传统的固/液涂层方法，具有密度高、一致性好的优点，可以提高材料的效率。
40、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书等中所特别指出的结构来实现和获得。
1.一种负载铜的多孔硅碳复合材料的制备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备负载铜的微米硅包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述微米硅粉加入氢氟酸溶液之前，还需进行预处理，所述预处理包括将微米硅于溶剂中超声处理和/或使用氢氟酸溶液浸泡；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述负载铜的微米硅进行刻蚀形成负载铜的多孔微米硅包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀液为氢氟酸，优选地，反应体系中所述氢氟酸的浓度为3-6m；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述负载铜的多孔微米硅进行碳化包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碳源气体为含碳烃类气体；
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述混合气体中惰性气体与碳源气体的体积比为1:1-9:1。
9.一种负载铜的多孔硅碳复合材料，其特征在于，由权利要求1-8任一种方式制备。
10.一种电池负极材料，其特征在于，包括权利要求9所述的负载铜的多孔硅碳复合材料。
