CN108946798A - 一种线状分级结构钛酸锂材料及制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种线状分级结构钛酸锂材料及制备和应用。所述钛酸锂材料的晶相为尖晶石型晶相、或单斜晶系晶相或者它们的复合晶相；所述钛酸锂材料主要由线状分级结构组成；所述线状分级结构的长径比大于10；线状分级结构的钛酸锂材料表面构成物为纳米片。该线状结构长轴有利于电子的有效迁移，片状分级结构有利于锂离子、钠离子或钾离子的快速嵌入与嵌出过程，大的比表面积有利于电解液与电极的接触面积，减少电流密度，具有较好的电池快速充放电性能。

Description

一种线状分级结构钛酸锂材料及制备和应用
技术领域
本发明涉及能源领域，具体的说，本发明涉及一种线状分级结构钛酸锂材料及制备和应用。
背景技术
钛酸锂是一理想的、极具开发前景的锂离子电池负极材料，其充放电循环可达数千次以上，是电极材料领域研究的热点。
钛酸锂的尺寸和形貌能在很大的程度上影响其在锂离子电池中的应用。如分级结构材料可以在充分利用材料的纳米结构特性的同时，很好的保留材料的微米结构功能。分级结构材料的组成物通常为纳米小颗粒，可以增加材料的比表面积，提升材料的纳米尺度性能；分级结构材料整体为微米尺度，有利于整体颗粒间的堆积，可在很大程度上提高电池的快速充放电性能。此外，相比于颗粒而言，线状结构钛酸锂材料可以减少颗粒间的晶界，有利于载流子在长轴方向上的输运，在电池电极材料领域，长轴有利于电子的有效迁移，短轴有利于锂、钠或钾离子的快速嵌入与嵌出过程。相比于颗粒而言，线状结构具有较好的充放电性能等。因此，线状分级结构钛酸锂材料，可大大提高材料比表面积、提升材料的表面活性、减少颗粒间的晶界，提升载流子在长轴方向的有效输运，可大大提升材料在电池电极的容量和快速充放电等领域的应用性能。
现有生产钛酸锂的方法主要包括固态合成以及水热反应制备。其中，固态合成方法通常采用先将氢氧化锂或碳酸锂和二氧化钛等原料通过球磨或在有机溶剂中混合均匀，后在大于800摄氏度的高温下烧结制备得到。该方法制备需要过量的氢氧化锂或碳酸锂，得到的钛酸锂通常纯度不高，尺寸在微米尺度，形貌和均一性都不好。钛酸锂的水热制备方法通常以商业二氧化钛和氢氧化钠为起始原材料，通过水热法制备出钛酸钠，并将钛酸钠浸泡在酸溶液中，利用离子交换法得到了钛酸；随后将钛酸与氢氧化锂溶液混合后或钛酸锂前驱物，之后产物在不同温度下退火处理，得到钛酸锂产物。该制备方法的水热过程涉及到高温高压，具有一定的危险性。同时，该反应体系为10摩尔每升的强碱，在高温下具有很强的腐蚀性，对水热反应设备的要求非常苛刻，很难寻找到合适的反应设备。此外，该制备方法使用到的碱浓度很高，造成后续的产品分离提纯困难，也给环境带来一定的污染。因此，钛酸锂的水热制备方法在合成设备及后续处理等方面仍面临很多难题，无法实现规模化生产。
综上，为进一步提升钛酸锂材料在锂离子等电池领域的应用性能，急需寻找开发一种具有线状分级结构的钛酸锂电极材料。此外，针对开发工艺流程简单，便于规模化生产钛酸锂的制备方法，尤其是具有线状分级结构钛酸锂材料的制备方法，仍具有很大的技术挑战。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种线状分级结构钛酸锂材料；
本发明的另一目的在于提供所述的线状分级结构钛酸锂材料的制备方法；
本发明的再一目的在于提供一种离子电池的电极材料。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述钛酸锂材料的晶相为尖晶石型晶相、或单斜晶系晶相或者它们的复合晶相；所述钛酸锂材料主要由线状分级结构组成；线状分级结构的钛酸锂材料表面构成物为纳米片。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述线状分级结构钛酸锂材料的表面还负载了选自如下成分中的一种或多种的组合：碳、碳纳米管、石墨烯、黑磷、金属和半导体。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述线状分级结构的长径比大于10。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述线状分级结构的长径比为10至100。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钛酸锂线状分级结构为实心线状结构或中空线状结构。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述线状分级结构的直径为20nm至1μm，长度为1μm至50μm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述线状分级结构的直径为50nm至500nm，长度为5μm至20μm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述纳米片的大小为5nm至300nm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述纳米片的大小为10nm至100nm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述纳米片的厚度为1nm至20nm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述纳米片的厚度为1nm至10nm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述线状分级结构钛酸锂材料的制备方法包括如下步骤：
(1)制备线状结构过氧化钛酸锂；
(2)将步骤(1)得到的线状结构过氧化钛酸锂经过水热反应或溶剂热反应得到线状分级结构钛酸锂前驱物；
(3)将步骤(2)得到的线状分级结构钛酸锂前驱物经过退火处理得到所述线状分级结构钛酸锂材料。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法还包括线状结构过氧化钛酸锂的制备，其包括如下步骤：
(a1)制备含有钛的过氧络合物分散液；
(b1)往步骤(a1)得到的含有钛的过氧络合物分散液中加入锂化合物形成溶液；
(c1)将步骤(b1)得到的溶液进行加热反应得到线状结构过氧化钛酸锂；
或者包括如下步骤：
(a2)将钛源经水解反应形成水合钛酸沉淀；
(b2)将步骤(a2)得到的水合钛酸沉淀分散于含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成溶液；
(c2)将步骤(b2)得到的溶液进行加热反应得到线状结构过氧化钛酸锂。
根据本发明一些具体实施方案，其中，还包括对步骤(c1)和步骤(c2)得到的线状结构过氧化钛酸锂进行低温处理，以分解去除线状结构过氧化钛酸锂表面的过氧根，从而得到表面去除过氧根的线状结构过氧化钛酸锂。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述低温处理的温度为120℃至200℃；所述低温处理的时间为1h至12h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水热反应的体系选自纯水体系、酸性水体系、或碱性水体系；所述水热反应的温度为100℃至150℃；所述水热反应的时间为1h至24h。
其中可以理解的是，本发明所述的纯水体系，是指中性水体系，即pH值为中性的水，譬如可以是去离子水、生活用水或者工业用水等。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述溶剂热反应的体系选自醇的水溶液体系或醇溶液体系；所述溶剂热反应的温度为80℃至150℃；所述溶剂热反应的时间为1h至24h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述退火处理的温度为300℃至700℃；所述退火处理的时间为1h至24h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述含有钛的过氧络合物分散液中的钛的过氧络合物浓度为0.01mol/L至1mol/L。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述含有钛的过氧络合物分散液中的钛的过氧络合物浓度为0.05mol/L至0.5mol/L。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法还包括含有钛的过氧络合物分散液的制备方法，其包括如下步骤：将钛化合物分散于过氧化物水溶液中形成分散液，得到所述含有钛的过氧络合物分散液。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钛化合物选自金属钛、乙醇钛、异丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、二氧化钛和钛酸中的一种或多种的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述过氧化物选自过氧化氢、过氧化尿素和过氧乙酸中的一种或多种的混合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，在将钛化合物分散于过氧化物水溶液中形成分散液后，还包括向分散液中添加聚合物的步骤，然后得到所述含有钛的过氧络合物分散液。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述聚合物选自壳聚糖、瓜尔胶、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者多种的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述聚合物的添加量为添加后，聚合物在得到的含有钛的过氧络合物分散液中的质量含量为万分之一至百分之十。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述聚合物的添加量为添加后，聚合物在得到的含有钛的过氧络合物分散液中的质量含量为千分之一至百分之一。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述锂化合物选自氢氧化锂、氧化锂、过氧化锂和超氧化锂中的一种或多种的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述锂化合物的用量为加入锂化合物形成溶液后，锂离子在溶液中的浓度为0.4mol/L至2.0mol/L。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(c1)和步骤(c2)所述的加热反应的温度各自分别独立为60℃至100℃；所述加热反应的时间各自分别独立为0.5h至24h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钛源选自乙醇钛、异丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、钛酸和工业含钛化合物中的一种或者多种的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(a2)所述的水解反应包括将所述钛源分散在水中进行水解生成水合钛酸沉淀，或者，所述水解反应包括将所述钛源分散在含有碱性物质的水溶液中水解生成水合钛酸沉淀。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述碱性物质选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、乙二胺、二乙胺、三乙胺、乙胺、乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水解反应是在常温常压下进行。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(a2)还包括在水解后，将得到的水合钛酸沉淀粗品进行纯化的步骤，并将经过纯化的水合钛酸沉淀用于步骤(b2)；其中所述纯化方法选自水洗-离心分离、水洗-膜分离、水洗-过滤以及渗析中的一种或多种方法的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，经过纯化的水合钛酸的纯度为大于等于97％。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(b2)的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中氢氧化锂的浓度为0.4mol/L至2.0mol/L。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(b2)的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中氢氧化锂的浓度为1.0mol/L至1.5mol/L。
根据本发明一些具体实施方案，其中，含有氢氧化锂的双氧水水溶液中双氧水的体积分数为千分之五至百分之十。
根据本发明一些具体实施方案，其中，含有氢氧化锂的双氧水水溶液中双氧水的体积分数为百分之一至百分之三。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法还包括在步骤(3)经过退火处理得到所述线状分级结构钛酸锂材料后，对得到的线状分级结构钛酸锂材料后表面负载选自如下成分中的一种或多种的组合的步骤：碳、碳纳米管、石墨烯、黑磷、金属和半导体。
另一方面，本发明还提供了所述的线状分级结构钛酸锂材料的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
(1)制备线状结构过氧化钛酸锂；
(2)将步骤(1)得到的线状结构过氧化钛酸锂经过水热反应或溶剂热反应得到线状分级结构钛酸锂前驱物；
(3)将步骤(2)得到的线状分级结构钛酸锂前驱物经过退火处理得到所述线状分级结构钛酸锂材料。
再一方面，本发明还提供了一种离子电池的电极材料，其中，所述电极材料主要由本发明任意一项所述的线状分级结构钛酸锂材料组成。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述离子电池选自锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池或镁离子电池。
应该强调，本发明中术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
本发明针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
本发明引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
综上所述，本发明提供了一种线状分级结构钛酸锂材料及制备和应用。本发明的钛酸锂材料具有如下优点：
(1)本发明首次提供一种线状分级结构的钛酸锂材料，该材料的表面构成物为纳米片。
(2)该线状结构长轴有利于电子的有效迁移，片状分级结构有利于锂离子、钠离子或钾离子的快速嵌入与嵌出过程，大的比表面积有利于电解液与电极的接触面积，减少电流密度，具有较好的电池快速充放电性能。
(3)该方法提供线状分级结构钛酸锂材料的制备技术，是其它方法所无法实现的。
(4)该方法提供的分级结构可增加钛酸锂的比表面积，增加钛酸锂作为电极材料时与电解液的接触面积，减少电流密度，提升电池性能。
(5)该方法提供的线状分级结构可减少颗粒间的晶界，有利于载流子在长轴方向上的输运，提升电极材料的应用效果。
(6)该方法制备工艺简单，工艺参数易控制，原料易得，生产成本较低，易于大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1的钛酸锂材料(尖晶石型钛酸锂晶相)的XRD图；
图2为实施例1的钛酸锂材料(线状结构)的SEM图；
图3为实施例1的线状钛酸锂材料(分级结构)的SEM图；
图4为实施例1的线状分级结构钛酸锂材料的表面构成物(纳米片)的SEM图；
图5为实施例1的线状分级结构钛酸锂材料作为电极材料的锂离子电池在不同充放电速率下的放电容量图；
图6为实施例2的中空线状结构钛酸锂材料的SEM图；
图7为实施例2的中空线状结构钛酸锂材料作为电极材料的锂离子电池在不同充放电速率下的放电容量图；
图8为实施例3的线状分级结构钛酸锂材料(尖晶石型钛酸锂和单斜晶系钛酸锂复合晶相)的XRD图；
图9实施例3的线状分级结构钛酸锂材料的SEM图；
图10为实施例4的线状分级结构钛酸锂材料(单斜晶系钛酸锂晶相)的XRD图；
图11实施例4的线状分级结构钛酸锂材料的SEM图；
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
首先将2克异丙醇钛分散于100毫升水中，后加入5毫升浓度为30％的过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加3.5克氢氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至80摄氏度后恒温搅拌6小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述白色固体分散于100毫升水中，于120摄氏度下水热反应6小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于450摄氏度下加热4小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料的XRD晶相图谱如图1所示，与标准的尖晶石型钛酸锂(PDF卡片编号为49-0207)的标准峰完全重合，证实为尖晶石型钛酸锂。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料的低倍SEM形貌图谱如图2所示，可以看出，线状结构为实心线状结构，线状结构的长径比大于10，其中，长径比为10至100的线状结构所占的比例高达百分之九十以上。图中还可以看出，线状分级结构钛酸锂材料的直径为20纳米至1微米，长度为1微米至50微米，其中，直径为50纳米至500纳米，长度为5微米至20微米的线状结构所占的比例高达百分之六十。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料的高倍SEM形貌图谱如图3所示，可以看出，线状结构为线状分级结构，其表面由纳米片颗粒组成。纳米片的大小为5纳米至300纳米，其中纳米片的大小为10纳米至100纳米所占的比例高达百分之八十。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料表面纳米片构成物的SEM图谱如图4所示，可以看出，纳米片的厚度为1纳米至20纳米，其中纳米片的厚度为1纳米至10纳米所占的比例高达百分之八十。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料作为电极材料的锂离子电池在不同充放电速率下的放电容量测试结果如图5所示。锂离子电池电极的制备采用刮涂方法，首先按照钛酸锂产物：super P：聚偏氟乙烯(PVDF)＝7:2:1的质量比，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂混成浆料，再用刮涂机把浆料均匀的涂覆在铜箔上，后在手套箱中以金属锂做对电极，1mol/L LiPF6/EC-DMC-EMC(1:1:1)作为电解液，Glass Fiber作为隔膜，组装成型号为CR2032的纽扣电池进行电化学测试。图5可以看出，由于材料结构具有以下一些特性：(1)线状结构具有大的长径比，长径比主要为10至100，相比于纳米颗粒而言可大大减少颗粒间的晶界，有利于电子在长轴方向的有效迁移，提升电极材料的整体导电性能；(2)片状分级结构的纳米片厚度主要为1纳米至10纳米，具有非常短的锂离子迁移路径，可快速提升锂离子的嵌入与嵌出过程，提升倍率充放电性能；(3)该分级结构具有大的比表面积，为78.3m2/g，有利于电解液与电极的接触面积，减少电流密度；(4)该线状分级结构易于和导电剂充分混合均匀，增加线与线之间的有效导电接触，提升电子有效输运。因此，该结构的钛酸锂材料具有优异的锂离子电池充放电性能，在1C、2C、5C、10C、15C、20C、50C的不同充放电速率下，电池平均容量分别保持在240、218、208、196、186、180、162mAhg-1，尤其是在50C的超快速充放电速率下还能保持162mAhg-1的高放电容量，远高于其它报道的线状钛酸锂材料。
实施例2
首先将2克钛酸四丁酯分散于100毫升水中，后加入5毫升浓度为30％的过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加3.5克氢氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至80摄氏度后恒温搅拌6小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述干燥后的白色固体放入150摄氏度的烘箱中处理4小时，获得表面去除过氧根的线状结构过氧化钛酸锂。接着，将上述白色固体分散于100毫升水中，于120摄氏度下水热反应6小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。
最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于450摄氏度下加热4小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料的XRD晶相图谱与图1一致，与标准的尖晶石型钛酸锂(PDF卡片编号为49-0207)的标准峰完全重合，证实为尖晶石型钛酸锂。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料的SEM形貌图谱如图6所示，可以看出，线状结构为中空线状结构，线状结构的长径比大于10，其中，长径比为10至100的线状结构所占的比例高达百分之九十以上。图中可以看出，线状分级结构钛酸锂材料的直径为20纳米至1微米，长度为1微米至50微米，其中，直径为50纳米至500纳米，长度为5微米至20微米的线状结构所占的比例高达百分之六十。图中可以看出，线状结构为线状分级结构，其表面由纳米片颗粒组成。纳米片的大小为5纳米至300纳米，其中纳米片的大小为10纳米至100纳米所占的比例高达百分之八十。图中还可以看出，纳米片的厚度为1纳米至20纳米，其中纳米片的厚度为1纳米至10纳米所占的比例高达百分之八十。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料作为电极材料的锂离子电池在不同充放电速率下的放电容量测试结果如图7所示。锂离子电池电极的制备采用刮涂方法，首先按照钛酸锂产物：super P：聚偏氟乙烯(PVDF)＝7:2:1的质量比，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂混成浆料，再用刮涂机把浆料均匀的涂覆在铜箔上，后在手套箱中以金属锂做对电极，1mol/L LiPF6/EC-DMC-EMC(1:1:1)作为电解液，Glass Fiber作为隔膜，组装成型号为CR2032的纽扣电池进行电化学测试。图7可以看出，由于材料结构具有以下一些特性：(1)线状结构具有大的长径比，长径比主要为10至100，相比于纳米颗粒而言可大大减少颗粒间的晶界，有利于电子在长轴方向的有效迁移，提升电极材料的整体导电性能；(2)片状分级结构的纳米片厚度主要为1纳米至10纳米，具有非常短的锂离子迁移路径，可快速提升锂离子的嵌入与嵌出过程，提升倍率充放电性能；(3)由于具有中空结构，该分级结构具有大的比表面积，为90.7m2/g，有利于电解液与电极的接触面积，减少电流密度；(4)该线状分级结构易于和导电剂充分混合均匀，增加线与线之间的有效导电接触，提升电子有效输运。因此，该结构的钛酸锂材料具有优异的锂离子电池充放电性能，在1C、2C、5C、10C、15C、20C、50C的不同充放电速率下，电池平均容量分别保持在235、225、207、193、184、180、173mAhg-1，尤其是在50C的超快速充放电速率下还能保持173mAhg-1的高放电容量，远高于其它报道的线状钛酸锂材料。
实施例3
首先将1克钛酸分散于100毫升水中，后加入6毫升浓度为30％的过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加4克氢氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至90摄氏度后恒温搅拌5小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。接着，将上述白色固体分散于100毫升异丙醇与水的比例为1:5的醇水溶液中，于100摄氏度下水热反应8小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于300摄氏度下加热6小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料的XRD晶相图谱如图8所示，产物与标准的尖晶石型钛酸锂(PDF卡片编号为49-0207)和单斜晶系钛酸锂(PDF卡片编号为33-0831)晶相的标准峰重合，证实产物为尖晶石型钛酸锂和单斜晶系钛酸锂复合晶相。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料的SEM形貌图谱如图9所示，可以看出，线状结构为实心线状结构，线状结构的长径比大于10，其中，长径比为10至100的线状结构所占的比例高达百分之八十以上。图中可以看出，线状分级结构钛酸锂材料的直径为20纳米至1微米，长度为1微米至50微米，其中，直径为50纳米至500纳米，长度为5微米至20微米的线状结构所占的比例高达百分之六十。图中可以看出，线状结构为线状分级结构，其表面由纳米片颗粒组成。纳米片的大小为5纳米至300纳米，其中纳米片的大小为10纳米至100纳米所占的比例高达百分之八十。图中还可以看出，纳米片的厚度为1纳米至20纳米，其中纳米片的厚度为1纳米至10纳米所占的比例高达百分之八十。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例4
搅拌条件下，将2克硫酸氧钛分散溶解于100毫升水溶液中形成溶液，后缓慢滴加浓度为0.1摩尔每升的氨水到上述溶液中，直至溶液呈中性(pH值约为7)，使硫酸氧钛逐渐并完全水解生成水合钛酸沉淀，后将水合钛酸沉淀超声分散，用去离子水洗涤多次，离心分离。其次，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.8摩尔每升，过氧化氢体积分数为3％的水溶液。随后，将上述离心分离后的水合钛酸沉淀分散于100毫升上述配制的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成黄色透明溶液。接着，将上述黄色透明溶液加热至70摄氏度后恒温搅拌10小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。接着，将上述白色固体分散于100毫升乙醇与水的比例为5:1的醇水溶液中，于120摄氏度下溶剂热反应12小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于600摄氏度下加热3小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料的XRD晶相图谱如图10所示，产物与标准的单斜晶系钛酸锂(PDF卡片编号为33-0831)晶相的标准峰重合，证实产物为单斜晶系钛酸锂晶相。
本实施例获得的线状分级结构钛酸锂材料的SEM形貌图谱如图11所示，可以看出，产物为线状结构，其直径为20纳米至1微米，长度为1微米至50微米，长径比大于10；线状结构为线状分级结构，其表面由纳米片颗粒组成，纳米片的大小为5纳米至300纳米，厚度为1纳米至20纳米。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例5
首先将0.3克硫酸钛分散于100毫升水中，后加入2克的过氧化尿素，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加1克过氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至60摄氏度后恒温搅拌24小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述白色固体分散于100毫升水中，于100摄氏度下水热反应12小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于350摄氏度下加热6小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例6
首先将8克钛酸分散于80毫升水中，后加入25毫升浓度为30％的过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加3克氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至100摄氏度后恒温搅拌1小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述白色固体分散于100毫升水中，于150摄氏度下水热反应2小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于700摄氏度下加热1小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例7
首先将3克水合硫酸氧钛分散于100毫升水中，后加入5毫升浓度为过氧化乙酸，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加3克超氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至90摄氏度后恒温搅拌3小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述白色固体分散于100毫升氢氧化锂浓度为0.1摩尔每升的水中，于140摄氏度下水热反应3小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于650摄氏度下加热3小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例8
首先将3克钛酸四丁脂分散于100毫升水中，后加入6毫升浓度为过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加3克氢氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至70摄氏度后恒温搅拌12小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述白色固体分散于100毫升硝酸浓度为0.01摩尔每升的水中，于110摄氏度下水热反应8小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于600摄氏度下加热4小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例9
首先将3克钛酸四丁脂分散于100毫升浓度为千分之一的羟丙基甲基纤维素水溶液中，后加入6毫升浓度为过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加3克氢氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至75摄氏度后恒温搅拌10小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述白色固体分散于100毫升甲醇与水的比例为1:1的醇水中，于80摄氏度下溶剂热反应24小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于350摄氏度下加热8小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例10
首先将2克异丙醇钛分散于100毫升浓度为千分之五的聚乙烯醇水溶液中，后加入5毫升浓度为过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加3.5克氢氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至85摄氏度后恒温搅拌6小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述白色固体分散于100毫升水中，于120摄氏度下水热反应6小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物浸泡在50毫升浓度为1摩尔每升的葡萄糖溶液中，离心分离干燥后于550摄氏度下惰性气氛中加热4小时，获得碳负载的线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例11
首先将1.5克异丙醇钛分散于100毫升水中，后加入4毫升浓度为30％的过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加3克氢氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至75摄氏度后恒温搅拌8小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述干燥后的白色固体放入150摄氏度的烘箱中处理4小时，获得表面去除过氧根的线状结构过氧化钛酸锂。接着，将上述白色固体分散于100毫升水中，于120摄氏度下水热反应6小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于450摄氏度下加热4小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例12
首先将0.5克硫酸钛分散于100毫升水中，后加入2.5克的过氧化尿素，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加1.2克过氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至65摄氏度后恒温搅拌20小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述干燥后的白色固体放入200摄氏度的烘箱中处理1小时，获得表面去除过氧根的线状结构过氧化钛酸锂。接着，将上述白色固体分散于100毫升水中，于150摄氏度下水热反应2小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于550摄氏度下加热3小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例13
首先将8克钛酸分散于80毫升水中，后加入25毫升浓度为30％的过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加3克氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至100摄氏度后恒温搅拌2小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述干燥后的白色固体放入120摄氏度的烘箱中处理10小时，获得表面去除过氧根的线状结构过氧化钛酸锂。接着，将上述白色固体分散于100毫升水中，于100摄氏度下水热反应12小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于350摄氏度下加热8小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例14
首先将2.5克异丙醇钛分散于100毫升浓度为千分之八的聚乙烯醇水溶液中，后加入6毫升浓度为过氧化氢，搅拌形成含有钛的过氧络合物悬浊液。接着，往上述过氧络合物悬浊液中添加4克氢氧化锂，搅拌形成浅黄色透明溶液。随后，将上述浅黄色透明溶液加热至80摄氏度后恒温搅拌8小时，获得线状结构的过氧化钛酸锂白色产物，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述干燥后的白色固体放入180摄氏度的烘箱中处理2小时，获得表面去除过氧根的线状结构过氧化钛酸锂。接着，将上述白色固体分散于100毫升乙醇与水的比例为1:1的醇水中，于150摄氏度下溶剂热反应1小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。随后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于650摄氏度下加热3小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。最后，将上述分级结构钛酸锂材料浸泡在50毫升浓度为千分之一的氧化石墨烯水溶液中，干燥后于500℃的惰性气氛下退火处理5小时，获得石墨烯负载的线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例15
搅拌条件下，将0.5克四氯化钛分散溶解于100毫升水溶液中形成溶液，后缓慢滴加浓度为0.01摩尔每升的氢氧化钠水溶液到上述溶液中，直至溶液呈中性(pH值约为7)，使四氯化钛逐渐并完全水解生成水合钛酸沉淀，后将水合钛酸沉淀超声分散，用去离子水洗涤多次，离心分离。其次，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.4摩尔每升，过氧化氢体积分数为1％的水溶液。随后，将上述离心分离后的水合钛酸沉淀分散于100毫升上述配制的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成黄色透明溶液。接着，将上述黄色透明溶液加热至60摄氏度后恒温搅拌24小时，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述白色固体分散于100毫升水中，于130摄氏度下水热反应5小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于400摄氏度下加热5小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例16
搅拌条件下，将5克硫酸钛分散溶解于100毫升水溶液中形成溶液，后缓慢滴加浓度为0.5摩尔每升的氢氧化钾水溶液到上述溶液中，直至溶液呈中性(pH值约为7)，使硫酸钛逐渐并完全水解生成水合钛酸沉淀，后将水合钛酸沉淀超声分散，用去离子水洗涤多次，离心分离。其次，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为1.0摩尔每升，过氧化氢体积分数为8％的水溶液。随后，将上述离心分离后的水合钛酸沉淀分散于100毫升上述配制的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成黄色透明溶液。接着，将上述黄色透明溶液加热至100摄氏度后恒温搅拌1小时，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述白色固体分散于100毫升水中，于140摄氏度下水热反应4小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于600摄氏度下加热3小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例17
搅拌条件下，将1克异丙醇钛分散于100毫升水溶液中直接水解形成水合钛酸沉淀，后将水合钛酸沉淀超声分散，用去离子水洗涤多次，离心分离。其次，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.6摩尔每升，过氧化氢体积分数为2％的水溶液。随后，将上述离心分离后的水合钛酸沉淀分散于100毫升上述配制的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成黄色透明溶液。接着，将上述黄色透明溶液加热至85摄氏度后恒温搅拌5小时，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述干燥后的白色固体放入160摄氏度的烘箱中处理3小时，获得表面去除过氧根的线状结构过氧化钛酸锂。接着，将上述白色固体分散于100毫升水中，于130摄氏度下水热反应5小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于350摄氏度下加热8小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。
实施例18
搅拌条件下，将3克钛酸四丁酯分散于100毫升水溶液中直接水解形成水合钛酸沉淀，后将水合钛酸沉淀超声分散，用去离子水洗涤多次，离心分离。其次，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.7摩尔每升，过氧化氢体积分数为4％的水溶液。随后，将上述离心分离后的水合钛酸沉淀分散于100毫升上述配制的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成黄色透明溶液。接着，将上述黄色透明溶液加热至70摄氏度后恒温搅拌6小时，停止反应并分离干燥获得白色固体。随后，将上述干燥后的白色固体放入130摄氏度的烘箱中处理10小时，获得表面去除过氧根的线状结构过氧化钛酸锂。接着，将上述白色固体分散于100毫升乙醇与水的比例为1:1的醇水中，于100摄氏度下溶剂热反应8小时，得到线状分级结构钛酸锂前驱物。最后，将上述得到的线状分级结构钛酸锂前驱物于550摄氏度下加热4小时，获得线状分级结构钛酸锂材料。得到的线状分级结构钛酸锂材料SEM图谱与实施例1产品的SEM图谱接近。
以本实施例的线状分级结构钛酸锂材料为电极制备的锂离子电池，经测试其电容量性能与实施例1测试结果接近。

Claims (30)

1.一种线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述钛酸锂材料的晶相为尖晶石型晶相、或单斜晶系晶相或者它们的复合晶相；所述钛酸锂材料主要由线状分级结构组成；所述线状分级结构的长径比大于10(优选所述线状分级结构的长径比为10至100)；线状分级结构的钛酸锂材料表面构成物为纳米片(优选所述线状分级结构钛酸锂材料的表面还负载了选自如下成分中的一种或多种的组合：碳、碳纳米管、石墨烯、黑磷、金属和半导体)。
2.根据权利要求1所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述钛酸锂线状分级结构为实心线状结构或中空线状结构。
3.根据权利要求1所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述线状分级结构的直径为20nm至1μm，长度为1μm至50μm。
4.根据权利要求1所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述线状分级结构的直径为50nm至500nm，长度为5μm至20μm。
5.根据权利要求1所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述纳米片的大小为5nm至300nm(优选为10nm至100nm)。
6.根据权利要求1所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述纳米片的厚度为1nm至20nm(优选为1nm至10nm)。
7.根据权利要求1所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述线状分级结构钛酸锂材料的制备方法包括如下步骤：
(1)制备线状结构过氧化钛酸锂；
(2)将步骤(1)得到的线状结构过氧化钛酸锂经过水热反应或溶剂热反应得到线状分级结构钛酸锂前驱物；
(3)将步骤(2)得到的线状分级结构钛酸锂前驱物经过退火处理得到所述线状分级结构钛酸锂材料。
8.根据权利要求7所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述方法还包括线状结构过氧化钛酸锂的制备，其包括如下步骤：
(a1)制备含有钛的过氧络合物分散液；
(b1)往步骤(a1)得到的含有钛的过氧络合物分散液中加入锂化合物形成溶液；
(c1)将步骤(b1)得到的溶液进行加热反应得到线状结构过氧化钛酸锂；
或者包括如下步骤：
(a2)将钛源经水解反应形成水合钛酸沉淀；
(b2)将步骤(a2)得到的水合钛酸沉淀分散于含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成溶液；
(c2)将步骤(b2)得到的溶液进行加热反应得到线状结构过氧化钛酸锂。
9.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，还包括对步骤(c1)和步骤(c2)得到的线状结构过氧化钛酸锂进行低温处理，以分解去除线状结构过氧化钛酸锂表面的过氧根，从而得到表面去除过氧根的线状结构过氧化钛酸锂。
10.根据权利要求9所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述低温处理的温度为120℃至200℃；所述低温处理的时间为1h至12h。
11.根据权利要求7所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述水热反应的体系选自纯水体系、酸性水体系、或碱性水体系；所述水热反应的温度为100℃至150℃；所述水热反应的时间为1h至24h。
12.根据权利要求7所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述溶剂热反应的体系选自醇的水溶液体系或醇溶液体系；所述溶剂热反应的温度为80℃至150℃；所述溶剂热反应的时间为1h至24h。
13.根据权利要求7所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述退火处理的温度为300℃至700℃；所述退火处理的时间为1h至24h。
14.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述含有钛的过氧络合物分散液中的钛的过氧络合物浓度为0.01mol/L至1mol/L(优选为0.05mol/L至0.5mol/L)。
15.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述方法还包括含有钛的过氧络合物分散液的制备方法，其包括如下步骤：将钛化合物分散于过氧化物水溶液中形成分散液，得到所述含有钛的过氧络合物分散液。
16.根据权利要求15所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述钛化合物选自金属钛、乙醇钛、异丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、二氧化钛和钛酸中的一种或多种的组合。
17.根据权利要求15所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述过氧化物选自过氧化氢、过氧化尿素和过氧乙酸中的一种或多种的混合。
18.根据权利要求15所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，在将钛化合物分散于过氧化物水溶液中形成分散液后，还包括向分散液中添加聚合物的步骤，然后得到所述含有钛的过氧络合物分散液。
19.根据权利要求18所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述聚合物选自壳聚糖、瓜尔胶、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者多种的组合。
20.根据权利要求18所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述聚合物的添加量为添加后，聚合物在得到的含有钛的过氧络合物分散液中的质量含量为万分之一至百分之十(优选为千分之一至百分之一)。
21.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述锂化合物选自氢氧化锂、氧化锂、过氧化锂和超氧化锂中的一种或多种的组合。
22.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述锂化合物的用量为加入锂化合物形成溶液后，锂离子在溶液中的浓度为0.4mol/L至2.0mol/L。
23.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，步骤(c1)和步骤(c2)所述的加热反应的温度各自分别独立为60℃至100℃；所述加热反应的时间各自分别独立为0.5h至24h。
24.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述钛源选自乙醇钛、异丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、钛酸和工业含钛化合物中的一种或者多种的组合。
25.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，步骤(a2)所述的水解反应包括将所述钛源分散在水中进行水解生成水合钛酸沉淀，或者，所述水解反应包括将所述钛源分散在含有碱性物质的水溶液中水解生成水合钛酸沉淀(优选所述碱性物质选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、乙二胺、二乙胺、三乙胺、乙胺、乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种的组合)。
26.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，步骤(a2)还包括在水解后，将得到的水合钛酸沉淀粗品进行纯化的步骤，并将经过纯化的水合钛酸沉淀(优选经过纯化的水合钛酸的纯度为大于等于97％)用于步骤(b2)；其中所述纯化方法选自水洗-离心分离、水洗-膜分离、水洗-过滤以及渗析中的一种或多种方法的组合。
27.根据权利要求8所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，步骤(b2)的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中氢氧化锂的浓度为0.4mol/L至2.0mol/L(优选为1.0mol/L至1.5mol/L)(优选含有氢氧化锂的双氧水水溶液中双氧水的体积分数为千分之五至百分之十(更优选为百分之一至百分之三))。
28.根据权利要求7～27任意一项所述的线状分级结构钛酸锂材料，其中，所述方法还包括在步骤(3)经过退火处理得到所述线状分级结构钛酸锂材料后，对得到的线状分级结构钛酸锂材料后表面负载选自如下成分中的一种或多种的组合的步骤：碳、碳纳米管、石墨烯、黑磷、金属和半导体。
29.权利要求7～28任意一项所述的线状分级结构钛酸锂材料的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
(1)制备线状结构过氧化钛酸锂；
(2)将步骤(1)得到的线状结构过氧化钛酸锂经过水热反应或溶剂热反应得到线状分级结构钛酸锂前驱物；
(3)将步骤(2)得到的线状分级结构钛酸锂前驱物经过退火处理得到所述线状分级结构钛酸锂材料。
30.一种离子电池的电极材料，其中，所述电极材料主要由权利要求1～28任意一项所述的线状分级结构钛酸锂材料组成(优选所述离子电池选自锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池或镁离子电池)。
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