CN118117081A - 一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，包括在氯化钙‑硅粉水溶液中添加硅酸镁锂溶胶，有利于氯化钙中的Ca2+吸附在纳米硅酸镁锂的表面，同时，纳米级硅酸镁锂有利于负载在硅的表面，从而在碳酸钠溶液与氯化钙溶液反应时，有助于充分沉积在硅的表面上，经刻蚀后，有助于提高在硅表面的孔隙率；同时，因硅酸镁锂负载在硅的表面，还有助于减少硅在充放电过程中存在的体积膨胀，提高在充放电过程中负极材料的循环稳定性。另外，硅酸镁锂膜的存在可将内核硅与电解液隔离开，减少硅表面副反应的发生，还有助于提高电池的倍率性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂电负极材料的领域，尤其是涉及一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法。
背景技术
硅碳复合材料由于具有超高的容量，良好的电导率，出色的倍率性能等优点，用作锂离子电池负极材料极具前景。然而，在充放电过程中存在严重硅的体积膨胀等问题，会严重影响电池结构的完整性，可能引起电解液泄露，导致电池自燃甚至爆炸。因此，目前常通过设计具有多孔结构的硅碳负极来缓冲硅颗粒体积膨胀，维持电池结构稳定，延长电池使用寿命，促进离子和电子迁移，提高倍率性能。
目前多孔硅碳负极的制备最常用的方法是：（1）使用二氧化硅作为牺牲模板，使用氢氟酸进行刻蚀，去除二氧化硅后，留下多孔结构；（2）通过镁热法还原二氧化硅，生成硅和氧化镁复合材料，用酸刻蚀去除氧化镁，留下多孔结构；（3）硅表面先包覆过渡金属M层复合碳材料后，再去除金属M，获得多孔结构。
但是上述方法也存在如下问题：（1）涉及到使用HF等强腐蚀性酸，存在环境污染问题，同时效率低，刻蚀过程耗时长、危险性高，不利于大规模产业化；（2）镁热还原或者铝热还原等涉及到高温高压实验过程，成本高，可操作性差，同时具有较高的危险性；（3）以过渡金属为牺牲层的方法较为复杂，而且成本高，耗时长，试验成功率较低，产业化执行难度大。
相关技术中公开了一种用作锂离子电池负极材料的制备方法，首先将硅粉分散在碳酸钠溶液中，得到含硅粉的悬浮液；然后将氯化钙溶液加入到上述悬浮液中，搅拌、过滤得Si@CaCO3产物；再包覆无定形碳，利用稀盐酸去除表面碳酸钙，制得硅碳负极材料。该方法通过简单成熟的无机化学方法在硅粒表面合成碳酸钙晶体，利用盐酸替代氢氟酸刻蚀碳酸钙模板，减少环境污染问题，可适用于工业化生产。
但是上述方法在Si@CaCO3产物的制备过程中，因为Si是以悬浮液形式存在，碳酸钠溶液和氯化钙溶液反应，生成的CaCO3沉淀迅速沉积，影响在Si表面的均匀分布，进而影响Si表面的孔径分布以及耐长时间循环稳定性。
发明内容
基于上述技术问题，本申请提供了一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，将硅酸镁锂溶胶添加到硅粉水溶液中，有助于提高Si粉的悬浮稳定性，同时，硅酸镁锂纳米颗粒具有较高的比表面积，可吸附在Si的表面，在碳酸钙形成时，有助于碳酸钙在硅表面吸附并充分沉积，增加了碳酸钙在硅表面的更多位点，经刻蚀后，有助于提高该负极材料的孔隙率；同时，因硅酸镁锂负载在硅的表面，还有助于减少硅在充放电过程中存在的体积膨胀，提高在充放电过程中负极材料的循环稳定性。
第一方面，本申请提供一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将纳米硅粉分散在去离子水中，形成均匀的硅粉水溶液，备用；
（2）将适应量的氯化钙溶液加入到硅粉水溶液中，在搅拌条件下加入硅酸镁锂溶胶，形成共混的硅粉水溶液-硅酸镁锂溶胶液；氯化钙的添加质量根据碳酸钙和硅粉质量比1:1-2调节；所述硅酸镁锂溶胶中含有硅酸镁锂纳米颗粒和阴离子表面活性剂；
（3）将碳酸钠溶液缓慢滴加在氯化钙-硅酸镁锂溶胶液中，待充分反应，过滤烘干，制得Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物；
（4）再进行有机碳源包覆工艺；
（5）采用稀盐酸刻蚀，获得锂电多孔负极材料。
通过采用上述技术方案，本申请采用硅酸镁锂溶胶与氯化钙（CaCl2）溶液均匀混合，硅酸镁锂溶胶包括纳米级硅酸镁锂和阴离子表面活性剂，使得该溶胶通过氢键及分子间作用力与反应体系内其他组分进行有机整合，有利于Ca2+充分吸附在纳米硅酸镁锂颗粒的表面，同时，纳米级硅酸镁锂有利于负载在硅的表面，从而在碳酸钠溶液与氯化钙溶液反应时，有助于充分沉积在硅的表面上，经刻蚀后，有助于提高在硅表面的孔隙率；同时，因硅酸镁锂负载在硅的表面，还有助于减少硅在充放电过程中存在的体积膨胀，提高在充放电过程中负极材料的循环稳定性。另外，硅酸镁锂膜的存在可将内核硅与电解液隔离开，减少硅表面副反应的发生，还有助于提高电池的倍率性能。
优选的，步骤（1）将硅粉分散在去离子水溶液中，在转速1150-1350r/min条件下搅拌1-2h，然后在转速为650-850r/min条件下搅拌3-4h，制得硅粉水溶液，备用。
通过采用上述技术方案，硅粉水溶液通过两步搅拌制备而成，第一步先高速搅拌1-2h，然后再调整为中速搅拌3-4h，有助于实现硅粉充分分散在水溶液中，制得分散均匀的硅粉水溶液。
优选的，步骤（2）中，在搅拌条件下加入硅酸镁锂溶胶，转速为850-950r/min，待硅酸镁锂溶胶均匀分散在硅粉水溶液中。
通过采用上述技术方案，因为硅酸镁锂溶胶具有一定的粘度，不易均匀分散在硅粉水溶液中，在搅拌条件下加入硅酸镁锂溶胶，有助于把硅酸镁锂纳米颗粒均匀分散在硅粉中，形成硅粉水溶液-硅酸镁锂溶胶液均匀体系。
优选的，所述硅粉和硅酸镁锂质量比为1:0.5-2。
通过采用上述技术方案，硅粉和硅酸镁锂的质量比为1:0.5-2，该范围的配比最佳，可实现纳米级硅酸镁锂均匀负载在硅粉表面。
优选的，所述硅酸镁锂溶胶的制备方法包括如下步骤：将硅酸镁锂、聚乙烯醇和水装入球磨机中进行球磨，得溶胶预混液; 再将十二烷基磺酸钠与溶胶预混液进行均匀混合，其中十二烷基磺酸钠与硅酸镁锂的质量比为1：1，得到硅酸镁锂溶胶。
通过采用上述技术方案，十二烷基磺酸钠在水中解离生成亲水性阴离子，使得硅酸镁锂表面带负电荷，而且十二烷基磺酸钠中还含有大量甲基和乙基基团，易包裹在硅酸镁锂颗粒表面形成胶束，有助于加强与Ca2+的吸附性能；同时，十二烷基磺酸钠在硅酸镁锂微粒表面形成表面膜，能够防止硅酸镁锂溶胶在水中团聚。
优选的，在步骤（3）和步骤（4）之间还包括如下步骤：
在45-50℃条件下，将Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物在搅拌条件下分散在羟基丙酮中，得到羟基化的Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物；
将羟基化的Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物加入到聚硼硅氧烷预聚体中，在130-145℃下搅拌反应8-12h，得到Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3-聚硼硅氧烷复合材料。
通过采用上述技术方案，在充放电循环过程中，碳层会产生裂痕并逐渐扩大，导致负极结构破裂，Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3-聚硼硅氧烷复合材料的内部存在多重的配位键、氢键和共价键，可发生快速重构，对裂痕处进行弥补，有助于对碳层进行及时修补，从而维持电池结构稳定性。
优选的，所述聚硼硅氧烷预聚体的粘度为4000-5000mPa·s。
通过采用上述技术方案，预先制备聚硼硅氧烷预聚体，如果粘度过大，会影响与羟基化Si/Li2Mg2(SiO3)3产物的结合；如果粘度过低，则会延长反应时间，且所制备的终产物的自愈合性能下降。
优选的，所述有机碳源为葡萄糖、蔗糖、淀粉、柠檬酸、沥青的一种或多种。
葡萄糖、蔗糖、淀粉、柠檬酸或者沥青均可以作为有机碳源，有机碳源中碳含量占原料总量的质量分数影响有机碳源包覆的团聚程度，影响产物颗粒尺寸的均匀性，进而影响对负极材料电化学性能。
综上所述，本申请至少包括以下一种技术效果：
（1）本申请向反应体系中添加硅酸镁锂溶胶，氯化钙中的Ca2+吸附在纳米硅酸镁锂的表面，同时，纳米级的硅酸镁锂还有利于负载在Si的表面，在碳酸钠溶液与氯化钙溶液反应时，有助于碳酸钙在硅的表面停留时间更久而非瞬间沉降，经稀盐酸刻蚀后，有助于提高硅表面的孔隙率；其中，硅粉和硅酸镁锂质量比为1:0.5-2；
（2）本申请的硅酸镁锂溶胶在制备过程中，添加了十二烷基磺酸钠进行改性，使得硅酸镁锂表面带负电荷，而且十二烷基磺酸钠中还含有大量甲基和乙基基团，易包裹在硅酸镁锂颗粒表面形成胶束，有助于加强与Ca2+的吸附性能，从而进一步提高负极材料的孔隙率；
（3）本申请还增加了修补层，在充放电循环过程中，碳层会产生裂痕并逐渐扩大，导致负极结构破裂，修补层可对裂痕处进行弥补，有助于对碳层进行及时修补，从而维持电池结构稳定性。
具体实施方式
以下结合实施例、制备例和对比例对本申请作进一步详细说明，本申请涉及的原料均可通过市售获得。
硅酸镁锂溶胶的制备例
制备例1：
本制备例中，硅酸镁锂溶胶按照以下方法制备：
（1）将0.5g硅酸镁锂、1g聚乙烯醇和100ml水装入球磨机中进行球磨，转速为400-500r/min，球磨时间为0.5h; 硅酸镁锂的粒径为250-400nm；
（2）再将0.5g十二烷基磺酸钠与上述球磨后的混合液进行均匀混合，在70℃下搅拌反应1.2h，得到质量浓度为5g/L的硅酸镁锂溶胶。
制备例2：
本制备例中，硅酸镁锂溶胶按照以下方法制备：
（1）将1g硅酸镁锂、2g聚乙烯醇和100ml水装入球磨机中进行球磨，转速为400-500r/min，球磨时间为0.75h;
（2）再将1g十二烷基磺酸钠与上述球磨后的混合液进行均匀混合，在70℃下搅拌反应1.5h，得到质量浓度为10g/L的硅酸镁锂溶胶。
制备例3：
本制备例中，硅酸镁锂溶胶按照以下方法制备：
（1）将1.2g硅酸镁锂、2.5g聚乙烯醇和100ml水装入球磨机中进行球磨，转速为400-500r/min，球磨时间为1h;
（2）再将1.2g十二烷基磺酸钠与上述球磨后的混合液进行均匀混合，在70℃下搅拌反应1.5h，得到质量浓度为12g/L的硅酸镁锂溶胶。
制备例4：
本制备例中，硅酸镁锂溶胶按照以下方法制备：
（1）将1.5g硅酸镁锂、2.5g聚乙烯醇和100ml水装入球磨机中进行球磨，转速为400-500r/min，球磨时间为1h;
（2）再将1.5g十二烷基磺酸钠与上述球磨后的混合液进行均匀混合，在70℃下搅拌反应1.5h，得到质量浓度为15g/L的硅酸镁锂溶胶。
制备例5：
本制备例中，硅酸镁锂溶胶按照以下方法制备：
（1）将2g硅酸镁锂、3g聚乙烯醇和100ml水装入球磨机中进行球磨，转速为400-500r/min，球磨时间为1.2h;
（2）再将2g十二烷基磺酸钠与上述球磨后的混合液进行均匀混合，在70℃下搅拌反应1.5h，得到质量浓度为20g/L的硅酸镁锂溶胶。
聚硼硅氧烷预聚体的制备例
制备例6-8：
以制备例6为例详细说明。
本制备例中，聚硼硅氧烷预聚体按照以下方法制备：将0.4 g苯基硼酸混入到100g粘度为2000 mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷中(摩尔比Si-OH：B-OH=1：1)，装入配备回流冷凝器、氮气口以及机械搅拌器的三颈圆底烧瓶中；待完全溶解后，在250℃加热反应一段时间后制得透明无色液体；将上述产物溶解在干燥的正己烷中以形成溶液，然后加入适量的蒸馏水，将苯硼酸洗出如此重复三遍，最后在真空气氛，150℃下进一步干燥2-4 h，制得聚硼硅氧烷预聚体。
如表1，制备例6-8的区别之处在于，在250℃加热反应时间不同，根据聚硼硅氧烷预聚体的粘度需求选择不同的加热反应时间。
表1 制备例6-8中聚硼硅氧烷预聚体的粘度
实施例
实施例1-5
以实施例1为例说明。
实施例1
本实施例的一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取0.1g的纳米硅粉分散在100ml的去离子水中，先是在转速为1150-1350r/min条件下搅拌1.5h，然后在转速为650-850r/min条件下搅拌3h，制得硅粉水溶液，备用，标记为A液；硅粉选用5-10μm粒径的超细硅粉；
（2）在步骤（1）的A液中加入0.071g的氯化钙溶液，放置在45℃水浴锅中磁力搅拌45分钟，转速为300-400r/min，再在搅拌条件下加入10ml制备例1的硅酸镁锂溶胶中，转速为850-950r/min，待硅酸镁锂溶胶均匀分散在硅粉水溶液中，形成共混的硅粉水溶液-硅酸镁锂溶胶液；
（3）在45℃恒温条件下，按照反应化学计量比配制碳酸钠（Na2CO3）溶液（Na2CO3:CaCl2=1:1），将Na2CO3溶液缓慢滴加到步骤（2）的硅粉水溶液-硅酸镁锂溶胶液中，待充分反应，过滤烘干，制得Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物；
（4）使用葡萄糖包覆Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物进行碳化处理，再将碳化后的复合材料溶解在稀盐酸中进行刻蚀，获得锂电多孔负极材料Si/Li2Mg2(SiO3)3@C。
如表2，实施例1-5的区别之处在于，硅酸镁锂溶胶的质量浓度不同。
表2 实施例1-5中的硅酸镁锂溶胶的选择
实施例6-10
实施例6-10与实施例2的区别之处在于，向B液中加入不同体积量的硅酸镁锂溶胶，即硅粉与硅酸镁锂的质量比不同。
如表3，实施例6-10与实施例2的区别之处在于，硅粉与硅酸镁锂的质量比不同。
表3 实施例2和实施例6-10中硅粉与硅酸镁锂的质量比
实施例11-15
以下以实施例11详细说明。
实施例11：
本实施例中，一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取0.1g的纳米硅粉分散在100ml的去离子水中，先是在转速为1150-1350r/min条件下搅拌1.5h，然后在转速为650-850r/min条件下搅拌3h，制得硅粉水溶液，备用，标记为A液；硅粉选用5-10μm粒径的超细硅粉；
（2）在步骤（1）的A液中加入0.071g的氯化钙溶液，放置在45℃水浴锅中磁力搅拌45分钟，转速为300-400r/min；再提高转速至850-950r/min，加入10ml制备例2的硅酸镁锂溶胶，待硅酸镁锂溶胶均匀分散在硅粉水溶液中，形成共混的硅粉水溶液-硅酸镁锂溶胶液；
（3）在45℃恒温条件下，按照反应化学计量比配制碳酸钠（Na2CO3）溶液（Na2CO3:CaCl2=1:1），将Na2CO3溶液缓慢滴加到步骤（2）的硅粉水溶液-硅酸镁锂溶胶中，待充分反应，过滤烘干，制得Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物；
（4）在50℃条件下，将Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物在搅拌条件下分散在羟基丙酮中，得到羟基化的Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物；将羟基化的Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物加入到聚硼硅氧烷预聚体中，在140℃下搅拌反应8h，得到Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3-聚硼硅氧烷复合材料；
（5）使用葡萄糖包覆Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3-聚硼硅氧烷复合材料进行碳化处理，再利用稀盐酸进行刻蚀，获得锂电多孔负极材料。
如表4，实施例11-13的区别之处在于，所采用的聚硼硅氧烷预聚体的粘度不同。
表4 实施例11-13中采用不同的聚硼硅氧烷预聚体
对比例
对比例1：
本对比例的一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取0.1g的纳米硅粉分散在100ml的去离子水中，先是在转速为1150-1350r/min条件下搅拌1.5h，然后在转速为650-850r/min条件下搅拌3h，制得硅粉水溶液，备用，标记为A液；硅粉选用5-10μm粒径的超细硅粉；
（2）在步骤（1）的A液中加入0.071g的氯化钙溶液，放置在45℃水浴锅中磁力搅拌45分钟，转速为300-400r/min；
（3）在45℃恒温条件下，按照反应化学计量比配制碳酸钠（Na2CO3）溶液（Na2CO3:CaCl2=1:1），将Na2CO3溶液缓慢滴加到步骤（2）的硅粉水溶液中，待充分反应，过滤烘干，制得Si@CaCO3产物；
（4）使用葡萄糖包覆Si@CaCO3产物进行复合碳化处理，获得Si@CaCO3@C复合材料；
（5）将Si@CaCO3@C复合材料溶解在稀盐酸（pH＜6）中进行刻蚀，获得多孔硅碳复合材料。
对比例2：
本对比例的一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，与实施例2的区别之处在于硅酸镁锂溶胶不同，本对比例的硅酸镁锂溶胶制备过程如下：将1g硅酸镁锂、2g聚乙烯醇和100ml水装入球磨机中进行球磨，转速为450r/min，球磨时间为0.75h, 得到质量浓度为10g/L的硅酸镁锂溶胶；其中，硅酸镁锂的粒径为250-400nm。
检测试验：
将实施例与对比例制得的负极材料，用作锂离子电池负极材料，添加0.02g海藻酸钠，0.02g乙炔黑研磨配置成均匀的电极浆料；将电极浆料均匀涂覆在导电铜箔上，置入真空烘箱内80℃烘干，切片成直径为12 mm的圆片作为电极片；将电极片组装在CR2032型扣式电池中，使用其作为半电池的正极材料匹配金属锂片作为负极和对电极，组装电池时使用天赐电解液和聚丙烯微孔膜，上述过程在充满氩气的手套箱内进行，封装后取出后室温环境下，静止12小时，压实密度为1.0g/m-3。然后对电池进行循环和倍率性能测试（0.005~1.5V，1C=1100mAh·g-1），对循环前和循环后的极片进行压汞法（MIP）和扫描电镜（SEM）等测试。
表5 实施例1-13及对比例1-2的孔隙率、比表面积以及体积膨胀率
表6 部分实施例及对比例1的长循环稳定性
表7 部分实施例及对比例1的倍率性能
结合实施例1-5、对比例1及表5-6的检测结果可知，本申请加入了硅酸镁锂溶胶，硅酸镁锂溶胶通过氢键及分子间作用力与反应体系内其他组分进行有机整合，有利于Ca2+充分吸附在硅酸镁锂颗粒的表面，同时，纳米级硅酸镁锂有利于负载在硅的表面，从而在碳酸钠溶液与氯化钙溶液反应时，有利于提高碳酸钙在硅表面的均匀分布，从而增加电极的反应面积，提高缓冲硅体积膨胀的空间；而且硅酸镁锂负载在硅的表面，还能进一步减少硅在充放电过程中存在的体积膨胀，提高在充放电过程中负极材料的循环稳定性。
通过实施例2-4可知，当硅酸镁锂溶胶的质量浓度为5-20g/L时，具有较高的孔隙率和比表面积，表明硅酸镁锂溶胶的质量浓度有助于调节碳酸钙在反应体系内的沉积速度以及在Si表面的沉积量，硅酸镁锂溶胶在上述范围内，可保持适中的沉积速度以及沉积量；同时，也可获得具有优异充放电循环稳定性的负极材料。如果质量浓度过大，则硅酸镁锂溶胶不易均匀分散在硅粉水溶液中；如果质量浓度过小，则单位面积硅粉水溶液中负载的硅酸镁锂溶胶量较少。
结合实施例2、实施例6-10及表5-6的检测结果可知，硅粉和硅酸镁锂的质量比为1:0.5-2，该范围的配比最佳，可实现纳米级硅酸镁锂均匀负载在硅粉表面，可同时制备具有较高的孔隙率及长循环稳定性的负极材料。
结合实施例2、实施例11-13及表6-7的检测结果可知，在步骤（3）和步骤（4）中制备了Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3-聚硼硅氧烷复合材料，在负极材料的孔隙率测试中，并没有明显的提高，而通过长循环稳定性和倍率性能试验，则可表明Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3-聚硼硅氧烷中的聚硼硅氧烷内部存在多重的配位键、氢键和共价键，可发生快速重构，对裂痕处进行弥补，有助于对碳层进行及时修补，从而具备优异的长循环稳定性和倍率性能，维持电池结构稳定性。
Claims (7)
1.一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将纳米硅粉分散在去离子水中，形成均匀的硅粉水溶液，备用；
（2）将适应量的氯化钙溶液加入到硅粉水溶液中，在搅拌条件下加入硅酸镁锂溶胶，形成共混的硅粉水溶液-硅酸镁锂溶胶液；氯化钙的添加质量根据碳酸钙和硅粉质量比1:1-2调节；所述硅酸镁锂溶胶中含有硅酸镁锂纳米颗粒和阴离子表面活性剂；
（3）将碳酸钠溶液缓慢滴加在氯化钙-硅酸镁锂溶胶液中，待充分反应，过滤烘干，制得Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物；
（4）再进行有机碳源包覆工艺；
（5）采用稀盐酸刻蚀，获得锂电多孔负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）将硅粉分散在去离子水溶液中，在转速1150-1350r/min条件下搅拌1-2h，然后在转速为650-850r/min条件下搅拌3-4h，制得硅粉水溶液，备用。
3.根据权利要求1所述的一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，在搅拌条件下加入硅酸镁锂溶胶，转速为850-950r/min，待硅酸镁锂溶胶均匀分散在硅粉水溶液中。
4.根据权利要求1所述的一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述硅粉和硅酸镁锂质量比为1:0.5-2。
5.根据权利要求4所述的一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅酸镁锂溶胶的制备方法包括如下步骤：将硅酸镁锂、聚乙烯醇和水装入球磨机中进行球磨，得溶胶预混液; 再将十二烷基磺酸钠与溶胶预混液进行均匀混合，其中十二烷基磺酸钠与硅酸镁锂的质量比为1：1，得到硅酸镁锂溶胶。
6.根据权利要求1所述的一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤（3）和步骤（4）之间还包括如下步骤：
在45-50℃条件下，将Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物在搅拌条件下分散在羟基丙酮中，得到羟基化的Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物；
将羟基化的Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3产物加入到聚硼硅氧烷预聚体中，在130-145℃下搅拌反应8-12h，得到Si/Li2Mg2(SiO3)3@CaCO3-聚硼硅氧烷复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种高孔隙率低体积膨胀的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述聚硼硅氧烷预聚体的粘度为4000-5000mPa·s。
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