【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于硅材料制备，具体涉及一种多孔硅材料及其制备方法和用途，尤其涉及一种电池材料领域的多孔硅材料的制备和应用。
技术介绍
1、多孔硅(porous silicon,psi)是一种具有海绵状、柱状、碗状等结构的多孔材料，其组成元素与原料相同，但其特殊结构使多孔硅呈现出很多独特物理化学性质，在传感器技术、光电子器件、微加工、生物技术等领域得到广泛应用，尤其是电池材料
，硅材料的应用较为常见。
2、目前，多孔硅的制备方法包括酸刻蚀法或真空热蒸镀法。
3、酸刻蚀法制备多孔硅材料是一种液相去合金化工艺，需要用到大量的酸，且大量产生价值较低、处理成本较高的铝盐及废酸等，环保性较差；同时酸与硅铝合金反应时，会产生大量易燃易爆的氢气，存在极大的安全风险；此外，在酸刻蚀硅基合金的过程中，表面上的硅会不可避免的被大量的氧化成氧化硅，致使所制备的多孔硅氧含量过高，过高的氧含量会明显的降低多孔硅的首次库伦效率，一般需使用危险化学品hf去除掉多孔硅表面的氧化硅层，而hf的使用环保压力极大。总而言之，酸刻蚀硅合金法材料成本高、环境压力大、固废难处理。
4、真空热蒸发硅基合金法则是一种气相去合金化工艺。如采用硅镁合金为原料，为了将硅镁合金中的镁金属完全蒸发掉，不仅需要将热处理温度加热到镁金属的沸点以上(1107℃)，且需要维持高真空状态。这种工艺不仅能耗高，对设备要求也高。在硅镁合金中主要成分是硅化镁，因而在硅镁合金真空蒸发的过程中，硅化镁会先熔融再分解，熔融硅化镁的存在会造成硅镁合金中硅骨架的坍塌，硅晶粒长
5、因此，提供一种制备方法简单，且成本较低的多孔硅材料的制备方法，成为急需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种多孔硅材料及其制备方法和用途。本专利技术将硅合金通过羰基法(co气氛)制备得到金属羰基化合物气体以及多孔硅材料，制备过程操作简单，无复杂工序，无需使用盐酸、氢氟酸等对环境有害的原料，反应条件温和，节能环保；主要原料一氧化碳气体可循环利用，可大幅降低多孔硅的综合生产成本；且制备得到的多孔硅氧含量低，将其用于电池材料时，具有更优异的电化学性能。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种多孔硅材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、将硅合金粉在co气氛下进行反应，得到气态的金属羰基化合物与多孔硅材料。
5、本专利技术通过羰基法将硅合金粉中的金属消耗得到了气态物质，金属消耗后，从而得到了多孔硅材料；且制备过程中，无需使用盐酸、氢氟酸等对环境有害的原料，反应条件温和，节能环保；主要原料一氧化碳气体可循环利用，可大幅降低多孔硅的综合生产成本，同时制备过程简单，没有复杂的工序；且制备得到的多孔硅氧含量极低(低于0.1％)，将其用于电池材料时，具有更优异的电化学性能。
6、优选地，所述硅合金粉中的金属元素包括ni、fe、co、v、cr、mn、mo或w中的任意一种或至少两种的组合，优选为ni和/或fe。
7、例如，硅合金粉可以为镍硅合金、铁硅合金、钴硅合金、钒硅合金、铬硅合金、锰硅合金、钼硅合金或钨硅合金等。
8、优选地，所述硅合金粉中，硅的质量占比为8～30％，例如8％、10％、13％、15％、18％、20％、23％、25％、28％或30％等。
9、本专利技术中，硅的质量占比过少，不利于维持整体的多孔结构，而过多，又会导致孔隙率过小。
10、优选地，所述硅合金粉的d50为1～50μm，例如1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm。
11、优选地，对所述硅合金粉进行预处理。
12、优选地，所述预处理包括：
13、将硅合金粉在混合气氛下进行处理，混合气氛中包括氢气。
14、本专利技术中，通过预处理过程，可以将硅合金粉表面可能存在的金属氧化物还原为金属单质，从而实现金属元素更彻底的去除，得到纯度更高的多孔硅材料。
15、优选地，所述处理的温度为350～550℃，例如350℃、380℃、400℃、430℃、450℃、480℃、500℃或550℃等。
16、优选地，所述处理的压力为0.02～0.1mpa，例如0.02mpa、0.03mpa、0.04mpa、0.05mpa、0.06mpa、0.07mpa、0.08mpa、0.09mpa或0.1mpa等。
17、优选地，所述处理的时间为6～24h，例如4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、12h、15h、18h、20h、22h或24h等。
18、优选地，所述混合气氛中氢气的体积占比为5～25％，例如5％、6％、7％、8％、9％、10％、13％、15％、18％、20％、23％或25％等。
19、优选地，所述co的通入流量为20～2000sccm，例如20sccm、50sccm、100sccm、300sccm、500sccm、800sccm、1000sccm、1300sccm、1500sccm、1800sccm或2000sccm等。
20、本专利技术中，co的通入流量过少，会导致金属镍去除不干净，而通入流量过大，又会存在安全风险。
21、优选地，所述反应的温度为45～95℃，例如45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃等。
22、本专利技术中，反应温度无需过高，温度过高，反倒会导致反应速率下降，高温下需要加压才能维持反应进行，而温度过低，又不利于将生成的羰基镍从反应体系中去除。
23、优选地，所述反应的压力为0.02～0.1mpa，例如0.02mpa、0.03mpa、0.04mpa、0.05mpa、0.06mpa、0.07mpa、0.08mpa、0.09mpa或0.1mpa等。
24、本专利技术中，反应的压力过高，对设备要求较高，而反应的压力过低，会造成反应进行不完全。
25、优选地，所述反应的时间为18～72h，例如18h、19h、20h、21h、22h、23h、24h、25h、30h、35h、40h、45h、50h、55h、60h、65h、70h或72h等。
26、优选地，将反应后得到的气态的金属羰基化合物进行分解，回收。
27、本专利技术中，将反应后得到的气态的金属羰基化合物进行分解，回收的处理过程均为常规技术手段，举例如下：
28、反应后得到的气态的金属羰基化合物中同时包括金属羰基化合物和co气体，通过分解反应(230～400℃的反应温度以及0.01～0.1mpa的反应压力下进行分解反应)，得到了羰基金属化学物的固体物质以及混合气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多孔硅材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，所述硅合金粉中的金属元素包括Ni、Fe、Co、V、Cr、Mn、Mo或W中的任意一种或至少两种的组合，优选为Ni和/或Fe；
3.根据权利要求1或2所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，对所述硅合金粉进行预处理；
4.根据权利要求1-3任一项所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，所述CO的通入流量为20～2000sccm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为45～95℃；
6.根据权利要求1-5任一项所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，将反应后得到的气态的金属羰基化合物进行分解，回收；
7.根据权利要求1-6任一项所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
8.一种多孔硅材料，其特征在于，所述多孔硅材料由如权利要求1-7任一项所述的多孔硅材料的制备方法制备得到。
9.一种多孔硅材料
10.根据权利要求9所述的多孔硅材料的用途，其特征在于，所述多孔硅材料用于二次电池的负极材料时，负极材料包括多孔硅材料和/或多孔硅碳材料。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔硅材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，所述硅合金粉中的金属元素包括ni、fe、co、v、cr、mn、mo或w中的任意一种或至少两种的组合，优选为ni和/或fe；
3.根据权利要求1或2所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，对所述硅合金粉进行预处理；
4.根据权利要求1-3任一项所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，所述co的通入流量为20～2000sccm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多孔硅材料的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为45～95℃；
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：阳缘，王志勇，刘海为，皮涛，
申请(专利权)人：湖南中科星城石墨有限公司，
类型：发明
国别省市：
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