CN103771502A - 一种花状结构钛酸锂的制备方法 - Google Patents

一种花状结构钛酸锂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种花状结构钛酸锂的制备方法，属于功能材料制备技术领域。该制备方法以乙酸锂、钛酸四丁酯为原料，十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂，水为溶剂，将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度80-180℃、保温时间0.5-24h，最终得到了花状结构钛酸锂白色絮状产物。本发明制备方法过程简单、绿色环保且低成本，制备出的花状结构钛酸锂可望作为负极材料，改善锂离子电池的充放电特性，提高比容量及充放电性能，其在新型锂离子电池、超级电容器方面具有良好的应用前景。

Description

一种花状结构钛酸锂的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种花状结构钛酸锂的制备方法。
背景技术
钛酸锂可以用作锂离子电池的负极材料，具有锂离子插入与脱出前后晶格常数变化极微小“零应变效应”、优异的循环稳定性、抗过冲性能、热稳定性好、安全性高及比容量高等特点，在新型锂离子电池、超级电容器方面具有良好的应用前景。通过高温固相法、高能球磨法可以制备出无规则形态、微米级的钛酸锂粉末。随着纳米技术的快速发展，纳米材料在锂离子电池、超级电容器中的应用也越来越广泛。纳米材料的形貌与尺寸对锂离子电池、超级电容器的性能具有重要作用。锂离子电池充放电速率主要由锂离子在电极固相内部的扩散速率，降低电极材料的尺寸，可以改善锂离子电池的充放电特性。
目前已有关于特殊形态的钛酸锂纳米管、钛酸锂纳米棒及钛酸锂纳米片的报道。纳米形态的钛酸锂可以改善锂离子电池的充放电特性，提高其比容量及充放电性能。发明专利ZL200510080084.5公开了一种超声化学法制备钛酸锂纳米管/纳米线的方法。首先以二氧化钛为钛源制备出钛酸纳米管/纳米线，再将钛酸纳米线/纳米管与可溶性锂盐相混合，采用低温水热离子交换法并在空气中焙烧制备出钛酸锂纳米管/纳米线。申请号201010596832.6的发明专利提出了以二氧化钛、氢氧化锂为原料，经过多步反应并在高温下焙烧得到了分散的钛酸锂纳米片。然而此法制备过程复杂，制备时间长，超过96h，并需经过350-750℃的高温焙烧。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种过程简单、绿色环保、低成本的制备花状结构钛酸锂的方法。
本发明所提供的花状结构钛酸锂的制备方法，是采用乙酸锂、钛酸四丁酯为原料，十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂，在密闭容器内低温加热保温一段时间制备花状结构钛酸锂，制备方法具体如下：
以乙酸锂、钛酸四丁酯为原料，SDS作为表面活性剂，水为溶剂，其中乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1，将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度80-180℃、保温时间0.5-24h，所述乙酸锂与钛酸四丁酯的量不大于水重量的20%，SDS的量不大于水重量的5%，乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水总量占密闭容器的填充度不大于80%。最终可得到白色絮状产物，即为花状结构钛酸锂。
本发明的科学原理如下：
本发明采用上述合成过程，乙酸锂溶解于水中，钛酸四丁酯水解形成氢氧化钛，氢氧化钛与乙酸锂在密封容器内于一定温度下反应生成钛酸锂，钛酸锂在水中过饱和析出，从而形成钛酸锂晶核，表面活性剂SDS吸附于钛酸锂晶核表面，作为结构导向剂导致了钛酸锂纳米片的形成，这些钛酸锂纳米片在水溶液中通过自组过程形成了花状结构钛酸锂。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、由于采用一步合成法，制备过程简单、温度低，使用普通的密闭容器，所以所得花状结构钛酸锂的成本低，为花状结构钛酸锂的应用提供了条件；
2、本发明采用的是无毒的乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS及低温化学反应过程，原料及制备过程对环境无污染，符合环保要求的现代工业发展方向，可以实现花状结构钛酸锂的大量制备；
3、本发明花状结构钛酸锂由钛酸锂纳米片构成，可望作为负极材料，改善锂离子电池的充放电特性，提高比容量及充放电性能，在新型锂离子电池、超级电容器方面具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所制备的花状结构钛酸锂的X-射线衍射（XRD）图谱；
根据JCPDS PDF卡片（JCPDS卡，PDF33-0831），可以检索出所得花状结构钛酸锂由Li2TiO3晶相构成，为单斜结构。
图2为实施例1所制备的花状结构钛酸锂的扫描电子显微镜（SEM）图像；
从图中可以看出通过本发明制备出来的样品为花状结构（图2（a）），这些花状结构由无规则形态的纳米片构成，纳米片的厚度约40nm，单个纳米片的尺寸约1μm（图2（b））。
图3为实施例2所制备的花状结构钛酸锂的SEM图像；
从图中可以看出通过本发明制备出来的样品为花状结构（图3（a）），这些花状结构由无规则形态的纳米片构成，纳米片的厚度约20nm，单个纳米片的尺寸约500nm（图3（b））。
图4为实施例3所制备的花状结构钛酸锂的SEM图像；
从图中可以看出通过本发明制备出来的样品为花状结构（图4（a）），这些花状结构由无规则形态的纳米片构成，纳米片的厚度约30nm，单个纳米片的尺寸约1μm（图4（b））。
具体实施方式
实施例1：将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1，乙酸锂、钛酸四丁酯占水重量的20%，SDS占水重量的5%，乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水总量占密闭容器的填充度为80%。在温度180℃下保温24h，最终得到了由厚度约40nm的纳米片构成的花状结构钛酸锂白色絮状产物。
实施例2：将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1，乙酸锂、钛酸四丁酯占水重量的15%，SDS占水重量的5%，乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水总量占密闭容器的填充度为60%。在温度180℃下保温12h，最终得到了由厚度约30nm的纳米片构成的花状结构钛酸锂白色絮状产物。
实施例3：将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1，乙酸锂、钛酸四丁酯占水重量的10%，SDS占水重量的3%，乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水总量占密闭容器的填充度为80%。在温度180℃下保温12h，最终得到了由厚度约30nm的纳米片构成的花状结构钛酸锂白色絮状产物。
实施例4：将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1，乙酸锂、钛酸四丁酯占水重量的15%，SDS占水重量的5%，乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水总量占密闭容器的填充度为50%。在温度150℃下保温12h，最终得到了由厚度约20nm的纳米片构成的花状结构钛酸锂白色絮状产物。
实施例5：将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1，乙酸锂、钛酸四丁酯占水重量的8%，SDS占水重量的2%，乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水总量占密闭容器的填充度为40%。在温度180℃下保温6h，最终得到了由厚度约20nm的纳米片构成的花状结构钛酸锂白色絮状产物。
实施例6：将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1，乙酸锂、钛酸四丁酯占水重量的5%，SDS占水重量的1%，乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水总量占密闭容器的填充度为60%。在温度180℃下保温12h，最终得到了由厚度约20nm的纳米片构成的花状结构钛酸锂白色絮状产物。
实施例7：将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1，乙酸锂、钛酸四丁酯占水重量的15%，SDS占水重量的2%，乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水总量占密闭容器的填充度为40%。在温度120℃下保温0.5h，最终得到了由厚度约30nm的纳米片构成的花状结构钛酸锂白色絮状产物。
实施例8：将乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水均匀混合后置入反应容器内并密封，其中乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1，乙酸锂、钛酸四丁酯占水重量的10%，SDS占水重量的1%，乙酸锂、钛酸四丁酯、SDS与水总量占密闭容器的填充度为30%。在温度80℃下保温24h，最终得到了由厚度约30nm的纳米片构成的花状结构钛酸锂白色絮状产物。

Claims (1)

1.一种花状结构钛酸锂的制备方法，其特征在于，该制备方法如下：
以乙酸锂、钛酸四丁酯为原料，十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，水为溶剂，将乙酸锂、钛酸四丁酯、十二烷基硫酸钠与水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度80-180℃、保温时间0.5-24h，最终得到白色絮状产物，即为花状结构钛酸锂；
所述乙酸锂与钛酸四丁酯的摩尔比为2:1；
所述乙酸锂与钛酸四丁酯的量不大于水重量的20%；
所述十二烷基硫酸钠的量不大于水重量的5%；
所述乙酸锂、钛酸四丁酯、十二烷基硫酸钠与水总量占密闭容器的填充度不大于80%。
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