CN109524660A - 添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学电源中锂离子电池负极材料领域，具体涉及添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法，包括以下步骤：TiO2、Li2CO3和金属Ti混匀所得混合料在800～850℃焙烧，焙烧结束后即得含Ti3+钛酸锂。本发明添加超细金属钛粉制备钛酸锂的方法，利用金属钛粉掺杂制备钛酸锂，在表面形成Ti3+自掺杂，内部掺杂金属钛粉提高电子导电性。

Description

添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法
技术领域
本发明属于化学电源中锂离子电池负极材料领域，具体涉及添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法。
背景技术
钛酸锂材料作为一种新型的锂离子负极材料，由于其自身所具有的诸多优势在20世纪90年代后期受到了广泛关注，例如基于“稳定的晶型结构”在锂离子嵌入、脱出过程中保持稳定的晶胞结构，晶格常数基本不变，晶胞体积变换率<10％，使其具有良好的循环性能；基于其独特的三维锂离子扩散通道，使其具有宽泛的工作温度，良好的安全性能等。在钛酸锂电池良好的商业化发展形势下，如何提高其电化学性能同时简化生产过程，应该值得深入研究。该材料制备方法较多，但不同合成方法制备出的钛酸锂材料，物相结构、微观形貌、晶粒尺寸有着较大的差异性，从而对其电化学性能产生较大的影响。
现有通常使用还原性气体，利用其在高温条件下的还原反应过程，制备表面自掺杂Ti3+的钛酸锂材料。该方法主要的缺陷在于：1、制备过程安全性较低，还原性气体通常使用氮气+氢气，或者氮气+氨气的混合气体；2、制备时间较长，气体还原反应时间通常14-24h；3、Ti3+含量不可控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法。该方法包括以下步骤：TiO2、Li2CO3和金属Ti混匀所得混合料在800～850℃焙烧，焙烧结束后即得含Ti3+钛酸锂。
具体的，上述添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法中，所述TiO2中Ti与Li2CO3中Li摩尔比为5:4.05。
具体的，上述添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法中，所述金属Ti的添加量为TiO2和Li2CO3总质量的3～5％。
具体的，上述添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法中，所述金属Ti的粒度小于5微米。采用水漂法得到。
具体的，上述添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法中，所述TiO2的粒度分布是：Dm＝500nm，纯度大于99％。
具体的，上述添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法中，所述焙烧气氛为氩气。
具体的，上述添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法中，所述焙烧的时间为4～6h。
本发明添加超细金属钛粉制备钛酸锂的方法，利用金属钛粉掺杂制备钛酸锂，在表面形成Ti3+自掺杂，内部掺杂金属钛粉提高电子导电性，钛酸锂颗粒之间形成体相金属掺杂，以提升钛酸锂材料的电化学性能，而且制取工艺简单，有利于工业规模生产。
附图说明
图1、Li4Ti5O12样品的XPS谱图；其中，a)本发明Ti2p XPS，b)O1s XPS；
图2、Li4Ti5O12材料的充放电曲线图；其中，a)纯相Li4Ti5O12材料的充放电曲线，b)本发明添加Ti的Li4Ti5O12材料的充放电曲线。
具体实施方式
本发明在高温固相法制备钛酸锂材料过程中引入超细金属Ti粉，利用其具有的还原性能和掺杂导电剂的双重功效，制备出具有Ti3+表面修饰和体相掺杂的电极材料。纳米金属Ti粉在制备过程中起到双重作用：一方面纳米金属Ti粉具有强还原性，会将晶胞中的16d位置的Ti4+还原为Ti3+，另一方面没有完全反应的纳米金属Ti粉作为体相导电剂掺杂到钛酸锂材料中，共同增强材料的电化学性能。
本发明添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法，包括以下步骤：TiO2、Li2CO3和金属Ti混匀所得混合料在800～850℃焙烧，焙烧结束后即得含Ti3+钛酸锂。
实施例1
以TiO2作为钛源、Li2CO3作为锂源，超细金属Ti作为掺杂剂，将13.03g TiO2与4.88g Li2CO3(按照摩尔比Ti﹕Li＝5﹕4.05)放入玛瑙研钵混合，按照3％的比例加入超细金属Ti粉，牛角药匙混合均匀，放入石英坩埚中，放置于管式炉中，在Ar气氛下，850℃烧结6h，得到深蓝色钛酸锂(Li4Ti5O12)粉末。
实施例2
以TiO2作为钛源、Li2CO3作为锂源，超细金属Ti作为掺杂剂，将13.03g TiO2与4.88g Li2CO3(按照摩尔比Ti﹕Li＝5﹕4.05)放入玛瑙研钵混合，按照5％的比例加入超细金属Ti粉，牛角药匙混合均匀，放入石英坩埚中，放置于管式炉中，在Ar气氛下，850℃烧结4h，得到深蓝色钛酸锂(Li4Ti5O12)粉末。

Claims (7)

1.添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法，其特征在于：包括以下步骤：TiO2、Li2CO3和金属Ti混匀所得混合料在800～850℃焙烧，焙烧结束后即得含Ti3+钛酸锂。
2.根据权利要求1所述的添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法，其特征在于：所述TiO2中Ti与Li2CO3中Li摩尔比为5:4.05。
3.根据权利要求1或2所述的添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法，其特征在于：所述金属Ti的添加量为TiO2和Li2CO3总质量的3～5％。
4.根据权利要求1所述的添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法，其特征在于：所述金属Ti的粒度小于5微米。
5.根据权利要求1所述的添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法，其特征在于：所述TiO2的粒度分布是：Dm＝500nm，纯度大于99％。
6.根据权利要求1～5任一项所述的添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法，其特征在于：所述焙烧气氛为氩气。
7.根据权利要求1～6任一项所述的添加超细钛粉制备含Ti3+钛酸锂的方法，其特征在于：所述焙烧的时间为4～6h。
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