本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种多孔硅和硅钛合金的制备方法。
背景技术：
硅材料具有容量高、脱嵌锂电位低、与电解液反应活性低、储量丰富、成本低等优点，是非常有前途的锂离子电池负极材料。然而硅材料在脱嵌锂过程中伴随巨大的体积变化以及较差的导电性，导致电池循环稳定性较差，容量衰减较快，限制了硅材料在锂离子电池方面的广泛应用。
改善硅基材料的循环稳定性及倍率性能成为近年的研究热点之一。研究表明，引入导电性好、体积效应小的活性或非活性缓冲基体，制备多相复合硅负极材料，通过体积补偿、增加导电性等方式可以提高材料的长期循环稳定性。
以镁热还原法制备硅材料，于较低温度下，以金属镁作为还原剂，将三维纳米结构SiO2还原为微孔纳米晶硅纳米颗粒，还原所得纳米硅材料可完美继承前驱体的初始形貌，按照气-固反应进行。
镁热还原法所需温度远低于传统碳还原法，有效地降低制备成本且所制备的硅材料纯度相对较高。
技术实现要素：
本发明旨在提出一种多孔硅和硅钛合金的制备方法。
本发明的技术方案在于：
多孔硅和硅钛合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）Ti-SiO2的制备：
分别以硅酸四乙酯和TiCl3作为硅源和钛源，嵌段共聚物P123为结构导向剂制备T Ti-SiO2；具体合成步骤为：室温条件下，将2 g P123溶于60 mL pH值为1.8的盐酸溶液中，搅拌4 h待P123溶解后，在40℃恒温条件下加入硅酸四乙酯4.6 mL，预水解6 h后，按Si与Ti的元素摩尔比为25和2的比例分别加入相应量的TiCl3；继续搅拌24 h后，转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，80℃老化24 h；反应结束后自然冷却至室温，过滤，干燥后再550℃煅烧6 h，得到前驱体Ti-SiO2；
（2）多孔硅及硅钛合金复合材料的制备：
将Ti-SiO2和Mg粉装入石英管内，在真空条件下通过氢氧焰将石英管密封，将密封石英管置于管式炉中650℃下还原6 h，升温速率为5℃／min，将反应生成物溶于体积比为1／10的盐酸／乙醇溶液中浸泡4 h，除去反应副产物氧化镁等，经去离子水、乙醇溶液反复洗涤、过滤并在100℃下真空干燥后得到多孔硅和硅钛合金。
所述的Mg粉中，n(Mg)／n(SiO2)=2.5。
所述的盐酸的质量分数为37％。
本发明的技术效果在于：
本发明通过水热法合成了介孔结构、前驱体，并利用镁热还原法成功制备多孔硅和硅钛合金。研究表明，镁热还原后所得复合材料的循环性能和倍率性能比单质硅材料有很大提高。电池循环稳定性和倍率性能更好，而且能够得到较高的可逆容量。一方面，多孔硅和硅钛合金的多孔结构为硅材料在充放电过程中的体积膨胀提供了缓冲空间，从而改善了电池负极材料的循环性能；另一方面，硅钛合金的导电性提高了导电率，加快了充放电过程中电子的传递速率；分散均匀的硅钛合金又为硅材料的体积膨胀提供了支撑骨架，提高材料的循环稳定性及倍率性能。
具体实施方式
多孔硅和硅钛合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）Ti-SiO2的制备：
分别以硅酸四乙酯和TiCl3作为硅源和钛源，嵌段共聚物P123为结构导向剂制备T Ti-SiO2；具体合成步骤为：室温条件下，将2 g P123溶于60 mL pH值为1.8的盐酸溶液中，搅拌4 h待P123溶解后，在40℃恒温条件下加入硅酸四乙酯4.6 mL，预水解6 h后，按Si与Ti的元素摩尔比为25和2的比例分别加入相应量的TiCl3；继续搅拌24 h后，转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，80℃老化24 h；反应结束后自然冷却至室温，过滤，干燥后再550℃煅烧6 h，得到前驱体Ti-SiO2；
（2）多孔硅及硅钛合金复合材料的制备：
将Ti-SiO2和Mg粉装入石英管内，在真空条件下通过氢氧焰将石英管密封，将密封石英管置于管式炉中650℃下还原6 h，升温速率为5℃／min，将反应生成物溶于体积比为1／10的盐酸／乙醇溶液中浸泡4 h，除去反应副产物氧化镁等，经去离子水、乙醇溶液反复洗涤、过滤并在100℃下真空干燥后得到多孔硅和硅钛合金。
所述的Mg粉中，n(Mg)／n(SiO2)=2.5。
所述的盐酸的质量分数为37％。