CN116553606A - 钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用，所述的制备方法包括步骤：以钛酸锂电极片作为制备原料，将钛酸锂电极片置于碱性溶液中以使电极集流体溶解于碱性溶液中，获得包含钛酸锂的第一混合物；对第一混合物进行固液分离，获得固态的第二混合物，第二混合物包含钛酸锂；以及，在包含氧气的氛围下，将第二混合物和锂源进行煅烧处理，获得钛酸锂材料，有效地回收利用了钛酸锂极片中的钛酸锂，整个制备方法具有流程简单、对设备要求低、工艺条件易控制、成本较低以及安全环保的优点，制得的钛酸锂材料能够用于制备钛酸锂电池。
Description
技术领域
本申请涉及电解水技术领域，具体涉及一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用。
背景技术
钛酸锂材料是一种“零应变”材料，具有良好的电化学性能、循环寿命和安全性，能够用于制备锂电池的负极片。钛酸锂材料的制备方法主要有传统固相反应法和溶胶-凝胶法。其中，传统固相反应法包括步骤：将锂源(例如碳酸锂、氢氧化锂等)和钛源(例如二氧化钛)按照特定比例混合并研磨均匀以获得混合物，然后对混合物进行高温锻烧处理，获得钛酸锂材料，具有能耗大的缺点，并且产物质量不易控制。溶胶-凝胶法包括步骤：将钛源、锂源和有机络合剂混合均匀以获得溶胶-凝胶状的前驱物，然后将前驱物陈化后烧结获得钛酸锂材料，基于合成过程中涉及有机络合剂，导致制备成本较高。
无论是采用传统固相反应法制备钛酸锂材料，还是采用溶胶-凝胶法制备钛酸锂材料，均存在制备成本较高的问题，导致钛酸锂价格昂贵。此外，在钛酸锂电池的制备与使用过程中会产生极大数量的废弃钛酸锂极片，目前对于废弃钛酸锂极片并无有效的回收利用方法，使得废弃钛酸锂极片中的钛酸锂无法获得有效地回收再利用，从而导致钛酸锂浪费。
因此，如何以废弃钛酸锂极片作为原料来制备钛酸锂以实现钛酸锂循环利用具有重要意义。
发明内容
本申请提供了一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用，以废弃钛酸锂极片作为原料来制备钛酸锂，从而实现钛酸锂循环利用。
本申请的技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种钛酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：
提供钛酸锂电极片，所述钛酸锂电极片包含电极集流体以及涂覆于所述电极集流体的第一涂层，所述第一涂层的材料包含钛酸锂，将所述钛酸锂电极片置于碱性溶液中，使所述电极集流体溶解于所述碱性溶液中，获得包含所述钛酸锂的第一混合物；
对所述第一混合物进行固液分离，获得固态的第二混合物，所述第二混合物包含所述钛酸锂；以及
在包含氧气的氛围下，将所述第二混合物和锂源进行煅烧处理，获得钛酸锂材料。
可选地，所述碱性溶液的pH不小于10；和/或
所述碱性溶液的溶质选自氢氧化钠、氢氧化钾以及氢氧化锂中的一种或多种；和/或
所述碱性溶液的溶剂为水。
可选地，所述对所述第一混合物进行固液分离的步骤中，所述固液分离包括抽滤、离心、反渗透、膜滤、纳滤、超滤、微滤以及重力沉降中的一种或多种。
可选地，所述对所述第一混合物进行固液分离的步骤之后，且所述获得固态的第二混合物的步骤之前，所述的制备方法还包括步骤：收集经所述固液分离而获得的第一固体，对所述第一固体进行一次或多次水洗处理，然后干燥获得第二固体；所述第二混合物为所述第二固体；
或者，所述对所述第一混合物进行固液分离的步骤之后，且所述获得固态的第二混合物的步骤之前，所述的制备方法还包括步骤：收集经所述固液分离而获得的第一固体，对所述第一固体进行破碎处理，获得50目～300目的第三固体；所述第二混合物为所述第三固体；
或者，所述对所述第一混合物进行固液分离的步骤之后，且所述获得固态的第二混合物的步骤之前，所述的制备方法还包括步骤：收集经所述固液分离而获得的第一固体，对所述第一固体进行一次或多次水洗处理，然后干燥获得第二固体；对所述第二固体进行破碎处理，获得50目～300目的第四固体；所述第二混合物为所述第四固体。
可选地，所述锂源选自氢氧化锂以及锂盐中的一种或多种；和/或
在所述将所述第二混合物和锂源进行煅烧处理的步骤中，所述第二混合物中的钛元素对所述锂源中的锂元素的摩尔比为1：(0.83～0.89)。
可选地，所述煅烧处理在0.2Mpa～0.6Mpa的压强下进行；和/或
所述煅烧处理的温度为550℃～760℃；和/或
所述第二混合物的质量为100g～300g，所述煅烧处理的时间为1h～4h。
第二方面，本申请还提供了一种钛酸锂材料，采用如第一方面中任意一种所述的制备方法制得。
可选地，所述钛酸锂材料为球形结构；和/或
所述钛酸锂材料在扣电1C条件下的首次充电容量为150.0mAh/g～170.0mAh/g，和/或所述钛酸锂材料在扣电1C条件下的首次放电容量为150.0mAh/g～170.0mAh/g，和/或所述钛酸锂材料在扣电1C条件下的首次充放电效率大于99％。
第三方面，本申请还提供了根据第一方面中任意一种所述的制备方法、或如第二方面中任意一种所述的钛酸锂材料在制备钛酸锂电池中的应用。
第四方面，本申请还提供了一种钛酸锂电池，所述钛酸锂电池包括钛酸锂负极片，所述钛酸锂负极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体的第二涂层，所述第二涂层的材料包括如第一方面中任意一种所述的制备方法制得的钛酸锂材料、或如第二方面中任意一种所述的钛酸锂材料。
本申请提供了一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用，具有如下技术效果：
在所述钛酸锂材料的制备方法中，以钛酸锂极片作为原料来制备钛酸锂材料，钛酸锂极片例如可以是废弃极片，先将钛酸锂电极片置于碱性溶液中，使得电极集流体溶解于碱性溶液中，从而实现钛酸锂与电极集流体分离，然后通过固液分离、补锂煅烧处理等工序制备高容量的钛酸锂材料，有效地回收利用了钛酸锂极片中的钛酸锂，并且在回收利用过程中，钛酸锂极片中的钛酸锂的结构未被破坏，整个制备方法具有流程简单、对设备要求低、工艺条件易控制、成本较低以及安全环保的优点。
所述钛酸锂材料在扣电1C条件下的首次充电容量可达168.7mAh/g，首次放电容量可达168mAh/g，首先充放电效率可达99.87％，从而能够用于制备钛酸锂电池。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的一种钛酸锂材料的制备方法的流程示意图；
图2为实施例1中制得的钛酸锂材料的X射线衍射分析图谱；
图3为实施例1中制得的钛酸锂材料的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟悉的意义相同，并且本申请实施例和对比例中所用的材料或试剂可商购获得。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用，但不能限制本申请的内容。
需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。本申请的各个实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。
术语“多种”、“多次”或其类似表达指的是两种(次)或两种(次)以上，例如可以是两种(次)、三种(次)、四种(次)、五种(次)、六种(次)等。
术语“和/或”的选择范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。比如，“A和/或B”包括A、B以及A+B三种并列方案。又比如，“A，及/或，B，及/或，C，及/或，D”的技术方案，包括A、B、C、D中任一项(也即均用“逻辑或”连接的技术方案)，也包括A、B、C、D的任意的和所有的组合，也即包括A、B、C、D中任两项或任三项的组合，还包括A、B、C、D的四项组合(也即均用“逻辑与”连接的技术方案)。
本申请实施例提供了一种钛酸锂材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、提供钛酸锂电极片，钛酸锂电极片包含电极集流体以及涂覆于电极集流体的第一涂层，第一涂层的材料包含钛酸锂，将钛酸锂电极片置于碱性溶液中，使电极集流体溶解于碱性溶液中，获得包含所述钛酸锂的第一混合物；
S2、对第一混合物进行固液分离，获得固态的第二混合物，第二混合物包含所述钛酸锂；
S3、在包含氧气的氛围下，将第二混合物和锂源进行煅烧处理，获得钛酸锂材料。
在上述钛酸锂材料的制备方法中，以钛酸锂极片作为原料来制备钛酸锂材料，钛酸锂极片例如可以是废弃极片，先将钛酸锂电极片置于碱性溶液中，使得电极集流体溶解于碱性溶液中，从而实现钛酸锂与电极集流体分离，然后通过固液分离、补锂煅烧处理等工序制备高容量的钛酸锂材料，有效地回收利用了钛酸锂极片中的钛酸锂，并且在回收利用过程中，钛酸锂极片中的钛酸锂的结构未被破坏，整个制备方法具有流程简单、对设备要求低、工艺条件易控制、成本较低以及安全环保的优点。
具体的，在步骤S1中，钛酸锂电极片可以是废弃的电池或电芯经过自放电、拆解等工序而获得。电极集流体的材料例如为铝箔。所述将钛酸锂电极片置于碱性溶液中的步骤中，钛酸锂电极片中的电极集流体因与碱性溶液发生化学反应而溶解，电极集流体中的金属元素(例如铝)以离子形态进入溶液中，而钛酸锂电极片中的钛酸锂不会与碱性溶液发生化学反应，使得钛酸锂电极片中的钛酸锂仍保持固态。
为了促使电极集流体快速溶解于碱性溶液中，在本申请的一些实施例中，碱性溶液的pH不小于10，碱性溶液的pH例如可以是10、11、12、13、14或前述任意两个数值之间的值。碱性溶液的溶质例如选自氢氧化钠、氢氧化钾以及氢氧化锂中的一种或多种，碱性溶液的溶剂例如为水，碱性溶液中溶质的浓度例如为0.1mol/L～6mol/L。
需要说明的是，不能将碱性溶液替换为酸性溶液，原因在于：虽然电极集流体能够与酸发生化学反应而溶解，但是酸也会与钛酸锂电极片中的钛酸锂发生化学反应，从而破坏钛酸锂的原有结构，只能回收获得锂盐(例如碳酸锂)和钛盐(例如二氧化钛、偏钛酸等)，再利用回收的锂盐和钛盐化学合成钛酸锂，导致流程繁琐复杂，并且提高了成本。此外，碱性溶液中的溶剂除了可以是水，还可以是极性有机溶剂，例如碳原子数为1～10的醇类化合物，但是优选为水，原因在于：第一方面，有机溶剂不易去除，导致制得的钛酸锂材料纯度不佳或增加了纯化工序的难度；第二方面，有机溶剂价格昂贵，造成制备成本升高；第三方面，有机溶剂存在异味，并且部分有机溶剂具有易燃易爆性，不利于安全环保。
在本申请的一些实施例中，所述将钛酸锂电极片置于碱性溶液中，使电极集流体溶解于碱性溶液中的步骤是在配置有搅拌桨的反应釜中进行，在电极集流体的整个溶解过程中，搅拌物料。为了进一步地促使电极集流体快速溶解于碱性溶液中，可以先将钛酸锂电极片裁剪为块状，然后置于盛装有碱性溶液的反应釜中。
在步骤S2中，对第一混合物进行固液分离的目的在于：提取固态的钛酸锂。其中，固液分离包括但不限于是抽滤、离心、反渗透、膜滤、纳滤、超滤、微滤以及重力沉降中的一种或多种，作为示例，所述固液分离为抽滤。
为了提高回收的钛酸锂的纯度，在本申请的一些实施例中，对于步骤S2，所述对第一混合物进行固液分离的步骤之后，且所述获得固态的第二混合物之前，所述钛酸锂材料的制备方法还包括步骤：收集经所述固液分离而获得的第一固体，对第一固体进行一次或多次水洗处理，然后干燥获得第二固体；第二固体即为第二混合物。其中，所述水洗处理的目的是去除可溶性杂质离子，可溶性杂质离子包括但不限于是Na+、Mg2+、SO4 2-以及PO4 3-。需要说明的是，所述干燥包括但不限于是加热、真空干燥等工序，所述干燥例如可以为：将水洗处理之后获得的物料置于鼓风干燥箱内加热烘干。
作为替代性实施方案，为了提高回收的钛酸锂材料的纯度，在本申请的另一些实施例中，对于步骤S3，为了提高回收的钛酸锂材料的纯度，在本申请的另一些实施例中，对于步骤S3，所述对第一混合物进行固液分离的步骤之后，且所述获得固态的第二混合物之前，所述钛酸锂材料的制备方法还包括步骤：收集经所述固液分离而获得的第一固体，对第一固体进行破碎处理，获得50目～300目的第三固体；第三固体即为第二混合物。
作为替代性实施方案，为了提高回收的钛酸锂材料的纯度，在本申请的另一些实施例中，对于步骤S3，所述对第一混合物进行固液分离的步骤之后，且所述获得固态的第二混合物之前，所述钛酸锂材料的制备方法还包括步骤：收集经固液分离而获得的第一固体，对第一固体进行一次或多次水洗处理，然后干燥获得第二固体；对第二固体进行破碎处理，获得50目～300目的第四固体；第四固体即为第二混合物。
基于钛酸锂电极片的涂层的材料通常还包含导电炭黑和粘结剂(例如聚偏二氟乙烯)，例如：按照质量百分比计算，涂层的材料由90％的钛酸锂、5％的导电炭黑以及5％的聚偏二氟乙烯组成，其中，导电炭黑与氧气会在高温下发生化学反应，并且粘结剂在高温下易于去除，因此，后续需要对步骤S2获得的固体进行煅烧处理，以有效去除导电炭黑和粘结剂，从而提高回收的钛酸锂的纯度。
在步骤S3中，所述将第二混合物和锂源进行煅烧处理的目的在于：第一方面，补充锂元素，以提高制得的钛酸锂材料的容量；第二方面，将补充锂元素和去除杂质(导电炭黑和粘结剂)同时进行，仅需一次煅烧处理即可，有效地简化了制备工序。所述煅烧处理在包含氧气的氛围下进行，所述包含氧气的氛围可以是氧气氛围或空气氛围。
锂源例如选自氢氧化锂以及锂盐中的一种或多种，其中，锂盐包括但不限于是碳酸锂、硝酸锂、硫酸锂、磷酸锂、醋酸锂以及卤化锂中的一种或多种。
为了进一步地兼顾提升制得的钛酸锂材料的纯度和电化学性能，在本申请的一些实施例中，第二混合物中所述固体中的钛元素对锂源中的锂元素的摩尔比为1：(0.83～0.89)，例如可以是1：0.83、1：0.84、1：0.85、1：0.86、1：0.87、1：0.88、1：0.89或前述任意两个数值之间的值。
为了进一步地兼顾提高杂质(导电炭黑和粘结剂)的去除率，以及保持钛酸锂的球形结构，在本申请的一些实施例中，所述煅烧处理是在0.2Mpa～0.6Mpa的压强下进行，例如可以是0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa、0.6Mpa以及前述任意两个数值时间的值。
为了进一步地兼顾提高杂质(导电炭黑和粘结剂)的去除率，以及降低制得的钛酸锂材料的板结率，在本申请的一些实施例中，煅烧处理的温度为550℃～760℃，例如为550℃、600℃、650℃、700℃、760℃以及前述任意两个数值之间的值。
为了进一步地兼顾提高杂质(导电炭黑和粘结剂)的去除率，以及降低制得的钛酸锂材料的板结率，在本申请的一些实施例中，第二混合物的质量为100g～300g，例如可以是100g、200g、300g以及前述任意两个数值之间的值；煅烧处理的时间为1h～4h，例如可以是1h、2h、3h、4h以及前述任意两个数值之间的值。
为了提升制得的钛酸锂材料的尺寸均一性，在本申请的一些实施例中，对于步骤S3，所述煅烧处理的步骤之后，且所述获得钛酸锂材料的步骤之前，所述钛酸锂材料的制备方法还包括步骤：采用筛网筛分经煅烧处理之后获得的物料，其中，筛网的目数例如为200目，通过筛网的物料即为制得的钛酸锂材料。
本申请实施例还提供了一种钛酸锂材料，所述钛酸锂材料采用如前文中任意一种所述钛酸锂材料的制备方法制得。
具体的，所述钛酸锂材料为球形结构。在本申请的一些实施例中，钛酸锂材料在扣电1C条件下的充电容量为150.0mAh/g～170.0mAh/g，和/或钛酸锂材料在扣电1C条件下的放电容量为150.0mAh/g～170.0mAh/g，和/或钛酸锂材料在扣电1C条件下的充放电效率大于99％。
本申请实施例还提供了前文中任意一种所述钛酸锂材料的制备方法、或如前文中任意一种所述的钛酸锂材料在钛酸锂电池中的应用。具体的，前文中任意一种所述的制备方法制得的钛酸锂材料或前文中任意一种所述的钛酸锂材料用于制备钛酸锂电池的负极片。
本申请实施例还提供了一种钛酸锂电池，所述钛酸锂电池包括钛酸锂负极片，所述钛酸锂负极片包括负极集流体以及涂覆于负极集流体的第二涂层，所述第二涂层的材料包括前文中任意一种所述的制备方法制得的钛酸锂材料或前文中任意一种所述的钛酸锂材料，所述负极集流体的材料例如为铝箔。
下面通过具体实施例对本申请的技术方案及技术效果进行详细说明，以下实施例仅仅是本申请的部分实施例，并非对本申请作出具体限定。
实施例1
本实施例提供了一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用。所述钛酸锂材料的制备方法是以废弃钛酸锂负极片作为原料，废弃钛酸锂负极片包括负极集流体以及涂覆于负极集流体的第一涂层，负极集流体的材料为铝箔，按照质量百分比计算，第一涂层的材料由90％的钛酸锂、5％的导电炭黑以及5％的聚偏二氟乙烯组成。
所述钛酸锂材料的制备方法包括如下步骤：
S1.1、取1kg的钛酸锂负极片，将所述钛酸锂负极片裁剪为尺寸为长10cm×10cm的多个方块，将多个方块放置于盛装有10L氢氧化钠水溶液(氢氧化钠的浓度为0.1mol/L)的玻璃反应釜中，开启搅拌，搅拌转速为500r/min，搅拌反应直至负极集流体完全溶解，获得包含钛酸锂的第一混合物；
S1.2、对步骤S1.1获得的第一混合物进行抽滤，获得第一滤饼；然后，将第一滤饼分散于去离子水中以进行第一次水洗处理，然后抽滤以除去水，获得第二滤饼；接着，将第二滤饼分散于去离子水中以进行第二次水洗处理，然后抽滤以除去水，获得第三滤饼；随后，将第三滤饼分散于去离子水中以进行第三次水洗处理，然后将经第三次水洗处理后获得的物料置于鼓风干燥箱中，在120℃的温度下烘干，获得固体；
S1.3、采用高速破碎机对步骤S1.2获得的固体进行破碎处理，然后将破碎处理之后获得的物料通过200目筛网，收集通过筛网的物料，所述通过筛网的物料为第二混合物；
S1.4、将第二混合物与碳酸锂混合以获得混合物料，所述混合物料中的钛元素对所述碳酸锂中的锂元素的摩尔比为1：0.87，称取200g的混合物料于匣钵中，将载有混合物料的匣钵于高温气氛炉中，在压缩空气的氛围(压强为0.4MPa)下，对混合物料进行煅烧处理，其中，煅烧处理的温度为700℃，煅烧处理的时间为2h，将完成煅烧处理的物料过200目筛网，将通过筛网的物料进行X射线衍射分析，如图2所示，通过筛网的物料具有良好的钛酸锂衍射峰，并且无明显杂峰出现，说明通过筛网的物料即为制备获得的钛酸锂材料。
采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察制得的钛酸锂材料的形貌，如图3所示，制得的钛酸锂材料保持球形结构，由此说明：有效地回收利用了钛酸锂极片中的钛酸锂，并且在回收利用过程中，钛酸锂极片中的钛酸锂的结构未被破坏。
采用制得的钛酸锂材料制备CR2016扣式电池，静置8h，在开路电压稳定后，将相对于负极的电流密度设为1C进行充放电测试，充电截止电压为2.7V，静置1min之后，放电截止电压为1.5V，记录首次充电容量和首次放电容量，并计算首次充放电效率，所述首次放电效率为首次放电容量比首次充电容量的比值。
一共设置五个平行样品进行检测，检测结果如下表1所示：
表1本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下的性能一览表
由表1可知，本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下，首次充电容量大于166mAh/g，首次放电容量大于166mAh/g，首次充放电效率大于99.2％，说明本实施例中制得的钛酸锂材料具有良好的充放电性能，能够用于制备钛酸锂电池。
实施例2
本实施例提供了一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用，相较于实施例1中钛酸锂材料的制备方法，本实施例中钛酸锂材料的制备方法的区别之处仅在于：将步骤S1.4中煅烧处理的温度替换为“550℃”。
采用制得的钛酸锂材料制备CR2016扣式电池，静置8h，在开路电压稳定后，将相对于负极的电流密度设为1C进行充放电测试，充电截止电压为2.7V，静置1min之后，放电截止电压为1.5V，记录首次充电容量和首次放电容量，并计算首次充放电效率。
一共设置五个平行样品进行检测，检测结果如下表2所示：
表2本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下的性能一览表
由表2可知，本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下，首次充电容量为153.8mAh/g～157.6mAh/g，首次放电容量为153.6mAh/g～156.8mAh/g，首次充放电效率大于99.1％，说明本实施例中制得的钛酸锂材料具有良好的充放电性能。本实施例中制得的钛酸锂材料的充放电性能较实施例1中制得的钛酸锂材料的充放电性能略差，原因可能在于：煅烧处理的温度较低，从而制得的钛酸锂材料中残留有导电炭黑。
实施例3
本实施例提供了一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用，相较于实施例1中钛酸锂材料的制备方法，本实施例中钛酸锂材料的制备方法的区别之处仅在于：将步骤S1.4中煅烧处理的温度替换为“760℃”。
采用制得的钛酸锂材料制备CR2016扣式电池，静置8h，在开路电压稳定后，将相对于负极的电流密度设为1C进行充放电测试，充电截止电压为2.7V，静置1min之后，放电截止电压为1.5V，记录首次充电容量和首次放电容量，并计算首次充放电效率。
一共设置五个平行样品进行检测，检测结果如下表3所示：
表3本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下的性能一览表
由表3可知，本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下，首次充电容量为160.7mAh/g～162.8mAh/g，首次放电容量为159.2mAh/g～161.1mAh/g，首次充放电效率大于99％，说明本实施例中制得的钛酸锂材料具有良好的充放电性能。本实施例中制得的钛酸锂材料的充放电性能较实施例1中制得的钛酸锂材料的充放电性能略下降，原因可能在于：煅烧处理的温度较高，从而制得的钛酸锂材料中存在“板结”现象。
实施例4
本实施例提供了一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用，相较于实施例1中钛酸锂材料的制备方法，本实施例中钛酸锂材料的制备方法的区别之处仅在于：将步骤S1.4中所述物料中的钛元素对所述钛酸锂中的锂元素的摩尔比替换为“1：0.8”。
采用制得的钛酸锂材料制备CR2016扣式电池，静置8h，在开路电压稳定后，将相对于负极的电流密度设为1C进行充放电测试，充电截止电压为2.7V，静置1min之后，放电截止电压为1.5V，记录首次充电容量和首次放电容量，并计算首次充放电效率。
一共设置五个平行样品进行检测，检测结果如下表4所示：
表4本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下的性能一览表
由表4可知，本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下，首次充电容量为156.8mAh/g～158.6mAh/g，首次放电容量为156.1mAh/g～157.6mAh/g，首次充放电效率大于99.18％。本实施例中制得的钛酸锂材料的充放电性能较实施例1中制得的钛酸锂材料的充放电性能略差，由于锂源添加量较少，所以制得的钛酸锂材料中存在微量的二氧化钛，使得本实施例中制得的钛酸锂材料的纯度较实施例1中制得的钛酸锂材料的纯度略低。
实施例5
本实施例提供了一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用，相较于实施例1中钛酸锂材料的制备方法，本实施例中钛酸锂材料的制备方法的区别之处仅在于：将步骤S1.4中所述物料中的钛元素对所述碳酸锂中的锂元素的摩尔比替换为“1：0.9”。
采用制得的钛酸锂材料制备CR2016扣式电池，静置8h，在开路电压稳定后，将相对于负极的电流密度设为1C进行充放电测试，充电截止电压为2.7V，静置1min之后，放电截止电压为1.5V，记录首次充电容量和首次放电容量，并计算首次充放电效率。
一共设置五个平行样品进行检测，检测结果如下表5所示：
表5本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下的性能一览表
由表5可知，本实施例中制得的钛酸锂材料在扣电1C条件下，首次充电容量为153.4mAh/g～157.6mAh/g，首次放电容量为153.1mAh/g～156.8mAh/g，首次充放电效率大于99.16％。本实施例中制得的钛酸锂材料的充放电性能较实施例1中制得的钛酸锂材料的充放电性能略差，由于锂源的添加量较多，所以制得的钛酸锂材料中存在微量的偏钛酸锂，使得本实施例中制得的钛酸锂材料的电化学性能较实施例1中制得的钛酸锂材料的电化学性能略下降。
以上对本申请实施例所提供的一种钛酸锂材料的制备方法、钛酸锂材料及应用，进行了详细介绍。本文中使用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种钛酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供钛酸锂电极片，所述钛酸锂电极片包含电极集流体以及涂覆于所述电极集流体的第一涂层，所述第一涂层的材料包含钛酸锂，将所述钛酸锂电极片置于碱性溶液中，使所述电极集流体溶解于所述碱性溶液中，获得包含所述钛酸锂的第一混合物；
对所述第一混合物进行固液分离，获得固态的第二混合物，所述第二混合物包含所述钛酸锂；以及
在包含氧气的氛围下，将所述第二混合物和锂源进行煅烧处理，获得钛酸锂材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的pH不小于10；和/或
所述碱性溶液的溶质选自氢氧化钠、氢氧化钾以及氢氧化锂中的一种或多种；和/或
所述碱性溶液的溶剂为水。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对所述第一混合物进行固液分离的步骤中，所述固液分离包括抽滤、离心、反渗透、膜滤、纳滤、超滤、微滤以及重力沉降中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对所述第一混合物进行固液分离的步骤之后，且所述获得固态的第二混合物的步骤之前，所述的制备方法还包括步骤：收集经所述固液分离而获得的第一固体，对所述第一固体进行一次或多次水洗处理，然后干燥获得第二固体；所述第二混合物为所述第二固体；
或者，所述对所述第一混合物进行固液分离的步骤之后，且所述获得固态的第二混合物的步骤之前，所述的制备方法还包括步骤：收集经所述固液分离而获得的第一固体，对所述第一固体进行破碎处理，获得50目～300目的第三固体；所述第二混合物为所述第三固体；
或者，所述对所述第一混合物进行固液分离的步骤之后，且所述获得固态的第二混合物的步骤之前，所述的制备方法还包括步骤：收集经所述固液分离而获得的第一固体，对所述第一固体进行一次或多次水洗处理，然后干燥获得第二固体；对所述第二固体进行破碎处理，获得50目～300目的第四固体；所述第二混合物为所述第四固体。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自氢氧化锂以及锂盐中的一种或多种；和/或
在所述将所述第二混合物和锂源进行煅烧处理的步骤中，所述第二混合物中的钛元素对所述锂源中的锂元素的摩尔比为1：(0.83～0.89)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理在0.2Mpa～0.6Mpa的压强下进行；和/或
所述煅烧处理的温度为550℃～760℃；和/或
所述第二混合物的质量为100g～300g，所述煅烧处理的时间为1h～4h。
7.一种钛酸锂材料，其特征在于，采用如权利要求1至6任一项中所述的制备方法制得。
8.根据权利要求7所述的钛酸锂材料，其特征在于，所述钛酸锂材料为球形结构；和/或
所述钛酸锂材料在扣电1C条件下的首次充电容量为150.0mAh/g～170.0mAh/g，和/或所述钛酸锂材料在扣电1C条件下的首次放电容量为150.0mAh/g～170.0mAh/g，和/或所述钛酸锂材料在扣电1C条件下的首次充放电效率大于99％。
9.根据权利要求1至6任一项中所述钛酸锂材料的制备方法、或如权利要求7或8所述的钛酸锂材料在制备钛酸锂电池中的应用。
10.一种钛酸锂电池，其特征在于，所述钛酸锂电池包括钛酸锂负极片，所述钛酸锂负极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体的第二涂层，所述第二涂层的材料包括如权利要求1至6任一项中所述的制备方法制得的钛酸锂材料、或如权利要求7或8所述的钛酸锂材料。
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