CN100491602C - 钛酸锂晶须的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料的制备方法，其特征是按以下步骤进行：在偏钛酸中加入氢氧化钠溶液，加热至沸腾并搅拌5小时，用2.5倍物料体积去离子水洗涤至Na⁺及SO₄ ^2-的含量≤0.003%(质量百分含量)，去除Na⁺及SO₄ ²有害离子。将去除Na⁺及SO₄ ²有害离子的偏钛酸烘干，使其中的自由水水分≤10%，经过2小时的球磨混和，采用重量法测定TiO₂含量。按Li₄Ti₅O₁₂化学式中的摩尔比例，称取烘干后的偏钛酸和碳酸锂，并加入约1～2.5倍物料体积去离子水，球磨约4～5小时。将上述物料过滤去掉大量水分后再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到980℃-1050℃的煅烧范围并恒温4.5～10小时，自然冷却后，即得到具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料。

Description

钛酸锂晶须的制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料的制备领域，特别涉及一种具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须的制备方法。

背景技术

锂离子电池的正极材料一般采用的是LiCoO₂、LiNiO₂或LiMn₂O₄，而负极材料目前主要采用的是嵌锂碳层间化合物LixC₆。嵌锂碳层间材料具有良好的可充电性能，锂嵌入时体积变化小，是一种良好的负极材料并早已在工业中应用，但比容量较低(LixC₆为372mAh/g)，而且碳材料的解体会导致容量衰减，为解决这些问题人们正在开发新的负极材料，Li₄Ti₅O₁₂就是一种循环性能好、有很好的充放电平台、理论比容量较大(实际比容量可达165mAh/g)、不与电解液反应的和零应变的新型负极材料。但是，目前工艺制备的Li₄Ti₅O₁₂负极材料仍然存在着导电性差和大电流充放电性能差、密度低和难构成高电压电池等缺点，迄今为止只能在有限的范围内使用。在制备钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)负极材料的过程中，我们发现一种制备具有尖晶石型结构的钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料的方法，因此本发明在此试图提供一种新型Li₄Ti₅O₁₂基础材料的制备方法，同时希望该基础材料及其制备方法在其他领域(包括负极材料)具有应用价值，在检索国内外文献，没有查到关于钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)晶须的研究报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须的制备方法，即以廉价的偏钛酸和碳酸锂为主要原料，用去离子水洗除偏钛酸中的Na⁺及SO₄ ^2-等有害离子，按Li₄Ti₅O₁₂化学式中的摩尔比例，称取烘干后的偏钛酸和碳酸锂，经过球磨并过滤去掉大量水分后，置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到980℃-1050℃的煅烧范围并恒温4.5～10小时，自然冷却后，即得到一种具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料。

本发明的制备方法按以下步骤进行：

(1)在偏钛酸中加入氢氧化钠溶液，加热至沸腾并搅拌5小时，用2.5倍物料体积去离子水洗涤至Na⁺及SO₄ ^2-的含量≤0.003％(质量百分含量)，去除Na⁺及SO₄ ²有害离子。

(2)将去除Na⁺及SO₄ ²有害离子的偏钛酸烘干，使其中的自由水水分≤10％，经过2小时的球磨混和，采用重量法测定TiO₂含量。

(3)按Li₄Ti₅O₁₂化学式中的摩尔比例，即偏钛酸中TiO₂净重量：碳酸锂等于100：37，称取烘干后的偏钛酸和碳酸锂，并加入约1～2.5倍物料体积去离子水，球磨约4～5小时。

(4)将上述物料过滤去掉大量水分后再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到980℃-1050℃的煅烧范围并恒温4.5～10小时，自然冷却后，即得到具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料。主要化学反应方程式如下：

2Li₂CO₃+5TiO(OH)₂＝＝Li₄Ti₅O₁₂+2CO₂+5H₂O       (1)

上述步骤(1)的目的是除去Na⁺及SO₄ ^2-等有害离子。

上述步骤(2)的主要目的是保证TiO₂能够准确称量。

上述步骤(3)和(4)是在实验的基础建立的。

附图说明

图1是通过后面将叙述的实施例1获得样品的XRD衍射图，由图可知，样品是尖晶石晶型的Li₄Ti₅O₁₂。

图2是通过后面将叙述的实施例1获得样品的扫描电子显微镜SEM照片，由照片可知，晶须的平均直径≤0.5μm，晶须的平均长度约为7μm。

具体实施方式

实施例1：本实施例中的具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料的制备方法按以下步骤进行：

在偏钛酸中加入氢氧化钠溶液，加热至沸腾并搅拌5小时，用2.5倍物料体积去离子水洗涤至Na⁺及SO₄ ^2-的含量≤0.003％(质量百分含量)，去除Na⁺及SO₄ ²有害离子；将去除Na⁺及SO₄ ^2-偏钛酸烘干，使其中的自由水水分≤10％，经过2小时的球磨混和，采用重量法测定TiO₂含量，待用；称取烘干并测定含量了的偏钛酸并使其中纯TiO₂为100克，称取碳酸锂37克，并加入约1倍物料体积去离子水，球磨约4小时；过滤去掉大量水分；再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到980℃的煅烧并恒温4.5小时，自然冷却后，即得到具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料，测试分析结果已在前面作了叙述。

实施例2：本实施例中的具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料的制备方法按以下步骤进行：

称取在实施例1中处理并测定含量了的偏钛酸并使其中纯TiO₂为100克，称取碳酸锂37克，并加入约1.5倍物料体积去离子水，球磨约4.5小时；过滤去掉大量水分；再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到1000℃的煅烧并恒温5小时，自然冷却后，即得到含部分晶须的尖晶石型钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂。经过测试分析：晶须的平均直径≤0.5μm，晶须的平均长度约为7μm。

实施例3：本实施例中的具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料的制备方法按以下步骤进行：

称取在实施例1中处理并测定含量了的偏钛酸并使其中纯TiO₂为100克，称取碳酸锂37克，并加入约2.5倍物料体积去离子水，球磨约5小时；过滤去掉大量水分；再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到1050℃的煅烧并恒温10小时，自然冷却后，即得到含部分晶须的尖晶石型钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂。经过测试分析：晶须的平均直径≤0.5μm，晶须的平均长度约为7μm。

实施例4：本实施例中的具有尖晶石型结构钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须材料的制备方法按以下步骤进行：

称取在实施例1中处理并测定含量了的偏钛酸并使其中纯TiO₂为100克，称取碳酸锂37克，并加入约2.3倍物料体积去离子水，球磨约4.7小时；过滤去掉大量水分；再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到1020℃的煅烧并恒温8小时，自然冷却后，即得到含部分晶须的尖晶石型钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂。经过测试分析：晶须的平均直径≤0.5μm，晶须的平均长度约为7μm。

Claims (4)

1、一种钛酸锂晶须的制备方法，其特征在于，以廉价的偏钛酸和碳酸锂为主要原料，用去离子水洗除偏钛酸中的Na⁺及SO₄ ^2-有害离子，按Li₄Ti₅O₁₂化学式中的摩尔比例，称取烘干后的偏钛酸和碳酸锂，经过球磨并过滤去掉大量水分后，置于箱式电炉中，升温到980℃-1050℃的煅烧范围并恒温4.5～10小时，自然冷却后，即得到一种具有尖晶石型结构的钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须。

2、如权利要求1所述的制备钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须的方法，其特征在于，在偏钛酸中加入氢氧化钠溶液，加热至沸腾并搅拌5小时，用2.5倍物料体积去离子水洗涤至Na⁺及SO₄ ^2-的质量百分含量≤0.003％，去除Na⁺及SO₄ ^2-有害离子。

3、如权利要求1所述的制备钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须的方法，其特征在于，将去除Na⁺及SO₄ ^2-有害离子的偏钛酸烘干，使其中的自由水水分含量≤10％，经过2小时的球磨混和，采用重量法测定TiO₂含量。

4、如权利要求1所述的制备钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂晶须的方法，其特征在于，将球磨后的物料过滤去掉大量水分后，置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到980℃-1050℃的煅烧范围并恒温4.5～10小时。

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