TW201543744A - 嵌鋰二氧化鈦、由其製成之鈦酸鋰粒子，以及相關方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種製備含鋰粒子的方法，該含鋰粒子適用於電池的電極，該方法包含：形成一混合物，該混合物包含二氧化鈦前驅物粒子與鋰化合物的水溶液；以及於一密閉壓力槽中以一升高溫度加熱該混合物，以形成嵌鋰二氧化鈦粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀。本發明更包含一種電池，其包含第一電極、第二電極以及在該第一電極與第二電極之間包含電解質的分隔物，其中該第一與第二電極中其中之一包含根據本發明所製成的嵌鋰二氧化鈦粒子或鈦酸鋰尖晶石粒子。

Description

嵌鋰二氧化鈦、由其製成之鈦酸鋰粒子，以及相關方法
本發明與適用於鋰離子電池陽極之嵌鋰二氧化鈦粒子和鈦酸鋰粒子、以及形成這類粒子的方法有關。
鋰離子電池是可仰賴電極間鋰離子之移動的可重複充電電池。這類電池係因其高能量密度、高功率密度與快速充電/放電之特性而常用於各種電子產品中。陽極一般是由石墨所組成，而陰極一般是由嵌鋰材料（例如LiCoO2 ）所組成，電極是經由液態電解質連接，例如在非水性溶劑中之LiPF6 。 在此領域中需要改良的陽極材料，其使用於鋰離子電池中以取代傳統的以碳為主之材料，例如石墨，石墨在某些情形中會有相對短的使用壽命及相對長的充電時間。在鋰離子電池中使用具有尖晶石晶體結構（亦即Li4 Ti5 O12 ，也以LTO聞名）之鈦酸鋰作為陽極材料正變得更普遍，特別是用於電動車與儲能應用裝置。在充電期間中，鈦酸鋰因鋰離子嵌入而變為岩鹽晶體結構，並在鋰離子解離時變回尖晶石晶體結構。相較於碳材料，鈦酸鋰因充電/放電而受到的晶格體積變化遠少的多，且即使在短接至正電極時也產生極少的熱量，因此可避免著火意外且可確保高度的安全性。此外，使用鈦酸鋰作為陽極材料會產生較長的電池壽命（可重複充電更多循環）及較短的充電時間（數分鐘vs.數小時）。 高度地需要鈦酸鋰成為具有高結晶序與相純度的立方尖晶石結構，以於鋰離子電池中產生高等級的性能。與其他陶瓷材料相似，鈦酸鋰尖晶石可由傳統的固態反應製程進行製備；亦即，將氧化物成分混合在一起，並加熱或燃燒該混合物以促進固態反應。由於固態反應物的動力學限制，要達到具有均勻粒子尺寸與形態的高純度相是困難的。此外，在加熱或燃燒期間會因為鋰化合物的揮發性本質而損失鋰。 為了克服這些限制，已經提出濕式化學技術，其包含一或多種溶解或懸浮於溶劑中的鋰或鈦化合物。然而，許多這些製程都有某些缺點，例如缺乏反應控制、非均質反應、及/或無法適當控制粒子形態、粒子尺寸或結晶性。在本領域中仍然需要一種用於形成具有控制粒子尺寸與形態的鈦酸鋰尖晶石粒子以用於鋰離子電池應用之方法。
本發明提供了一種用於形成適用於鋰離子電池的電極之含鋰粒子的方法。舉例而言，本發明可提供高品質的鈦酸鋰粒子，其有利地具有小粒子尺寸（例如奈米尺寸範圍）、狹窄的粒子尺寸分佈、以及高度結晶性。相較於以碳為主的電極而言，在某些具體實施例中，使用根據本發明所製備的含鋰粒子可使電池電極在爆裂與燃燒上提供較佳的安全性、較長的電池壽命、以及較短的充電時間。 在一個構想中，本發明提供了一種用於製備適用於電池的電極之含鋰粒子的方法，包含： a)  形成混合物，該混合物包含二氧化鈦前驅物粒子與鋰化合物的水溶液；以及 b) 於密閉壓力槽中以升高溫度加熱該混合物，以形成嵌鋰二氧化鈦粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀。 一般而言，該嵌鋰二氧化鈦粒子的平均主要粒子尺寸、平均粒子內孔隙尺寸以及平均粒子間孔隙尺寸至少其中之一是在該二氧化鈦前驅物粒子的相同尺寸特徵的大約10％以內（例如在約5％以內）。 在某些有利的具體實施例中，二氧化鈦前驅物粒子與嵌鋰二氧化鈦粒子兩者是以下述中的一或多者為特徵：平均主要粒子尺寸小於約100奈米；概呈球形；平均粒子內孔隙尺寸是在間隙孔範圍中；單一分佈的粒子尺寸分佈；以及單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。 在本發明中所使用之鋰化合物可加以變化，其實例包含了氫氧化鋰、氧化鋰、氯化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰及其組合。該升高溫度一般是至少為約80°C，且在該加熱步驟期間之壓力一般是自生的。在某些具體實施例中，該混合物的pH值大於約9。一般而言，在該加熱步驟期間對該混合物施加的壓力是至少約20 psig。在一個具體實施例中，在該混合物中鋰化合物量是基於該二氧化鈦粒子重量而介於約2重量百分比至約20重量百分比之間。 如有需要，該方法可更包含煅燒該嵌鋰二氧化鈦粒子，以形成鈦酸鋰尖晶石粒子（例如，煅燒步驟包含以不大於約650°C之溫度加熱該嵌鋰二氧化鈦粒子）。在某些具體實施例中，該鈦酸鋰尖晶石粒子係以下列中的一或多者為特徵：平均主要粒子尺寸小於約100奈米；平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中；單一分佈的粒子尺寸分佈；以及單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。有利的是，鈦酸鋰尖晶石粒子的平均主要粒子尺寸、平均粒子內孔隙尺寸及平均粒子間孔隙尺寸中至少其中之一是在二氧化鈦前驅物粒子的相同尺寸特徵的大約10％之內。 在另一具體實施例中，本發明提供了一種用於製備適用於電池的電極之含鋰粒子的方法，其包含： a)  形成混合物，該混合物包含二氧化鈦前驅物奈米粒子與鋰化合物的水溶液； b) 在密閉壓力槽中於自生壓力下以至少約80°C的溫度加熱該混合物達至少約2小時，以形成嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦奈米粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀；以及 c)  視情況，煅燒該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，以形成鈦酸鋰尖晶石奈米粒子。 在進一步的具體實施例中，本發明提供了一種用於製備適用於電池的電極之含鋰粒子的方法，其包含： a)  藉由形成鈦鹽與有機酸的水溶液，並視需要在二氧化鈦晶種材料的存在下以升高溫度加熱水解該水溶液，以製備二氧化鈦前驅物粒子，以於母液中產生二氧化鈦前驅物粒子； b) 從該母液中分離出所產生的二氧化鈦前驅物粒子； c)  視情況，乾燥分離出的二氧化鈦前驅物粒子； d) 形成混合物，該混合物包含二氧化鈦前驅物粒子與鋰化合物的水溶液； e)  在密閉壓力槽中於自生壓力下以至少約80°C之溫度加熱該混合物達至少約2小時，以形成嵌鋰二氧化鈦粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦前驅物粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀；以及 f)  視情況，煅燒該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，以形成鈦酸鋰尖晶石奈米粒子。 在另一構想中，本發明提供了一種電池（例如鋰離子電池），其包含第一電極、第二電極、以及在該第一電極與該第二電極之間包含電解質的分隔物，其中該第一與第二電極其中之一包含根據任一前述製程所製之嵌鋰二氧化鈦粒子或鈦酸鋰尖晶石粒子。 在又一構想中，本發明提供一種電池（例如鋰離子電池），其包含第一電極、第二電極、以及在該第一電極與該第二電極之間包含電解質的分隔物，其中該第一與第二電極其中之一包含嵌鋰二氧化鈦粒子。該嵌鋰二氧化鈦粒子是以例如下列中其一或多者為特徵：平均主要粒子尺寸小於約100奈米；概呈球形；平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中；單一分佈的粒子尺寸分佈；以及單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。 在一個更進一步的構想中，本發明提供了嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，其基於嵌鋰二氧化鈦奈米粒子總重而包含約1重量百分比至12重量百分比之間的鋰，其中該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子係以下列一或多者為特徵：概呈球形；平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中；單一分佈的粒子尺寸分佈；及單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。在一個具體實施例中，嵌鋰二氧化鈦奈米粒子係以概呈球形與單一分佈的粒子尺寸分佈為特徵，其中該奈米粒子具有不大於約80奈米之平均主要粒子尺寸，以及單一分佈的粒子尺寸，使得所有粒子具有在平均主要粒子尺寸的大約10％以內之主要粒子尺寸。 再另外，本發明提供了以下述一或多者為特徵之鈦酸鋰尖晶石奈米粒子：平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中；單一分佈的粒子尺寸分佈；以及單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。在某些具體實施例中，鈦酸鋰尖晶石奈米粒子具有不大於約80奈米之平均主要粒子尺寸與單一分佈的粒子尺寸，使得所有粒子具有在平均主要粒子尺寸約10％以內之主要粒子尺寸。這類鈦酸鋰尖晶石奈米粒子可使用於電池（例如鋰離子電池中），其包含第一電極、第二電極、以及在該第一與第二電極之間包含電解質之分隔物，其中該第一與第二電極其中之一包含鈦酸鋰尖晶石奈米粒子。 本發明包含、但非限於下列具體實施例： 具體實施例1：一種用於製備含鋰粒子的方法，該含鋰粒子適用於電池之電極中，該方法包含： a)  形成混合物，該混合物包含二氧化鈦前驅物粒子與鋰化合物的水溶液；以及 b) 於密閉壓力槽中以升高溫度加熱該混合物，以形成嵌鋰二氧化鈦粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀。 具體實施例2：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該嵌鋰二氧化鈦粒子的該平均主要粒子尺寸、該平均粒子內孔隙尺寸以及該平均粒子間孔隙尺寸至少其中之一是在該二氧化鈦前驅物粒子的相同尺寸特徵的大約10％以內。 具體實施例3：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該嵌鋰二氧化鈦粒子的該平均主要粒子尺寸、該平均粒子內孔隙尺寸以及該平均粒子間孔隙尺寸至少其中之一是在該二氧化鈦前驅物粒子的相同尺寸特徵的大約5％以內。 具體實施例4：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該二氧化鈦前驅物粒子與該嵌鋰二氧化鈦粒子兩者皆以下列一或多者為特徵： a)  平均主要粒子尺寸小於約100奈米； b) 概呈球形； c)  平均粒子內孔隙尺寸是在間隙孔範圍中； d) 單一分佈的粒子尺寸分佈； e)  雙模粒子尺寸分佈；以及 f)  單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。 具體實施例5：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該鋰化合物是選自由氫氧化鋰、氧化鋰、氯化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰及其組合物所組成的群組。 具體實施例6：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該升高溫度係至少約80°C，且在該加熱步驟期間之壓力是自生的。 具體實施例7：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該混合物的pH值大於約9。 具體實施例8：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中在該加熱步驟期間對該混合物施加的壓力是至少約20 psig。 具體實施例9：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該混合物中的鋰化合物的量基於二氧化鈦粒子的重量而介於約2重量百分比至約20重量百分比之間。 具體實施例10：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，更包含煅燒該嵌鋰二氧化鈦粒子，以形成鈦酸鋰尖晶石粒子。 具體實施例11：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該煅燒步驟包含以不大於約650°C之溫度加熱該嵌鋰二氧化鈦粒子。 具體實施例12：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該鈦酸鋰尖晶石粒子係以下列的一或多者為特徵： a)  平均主要粒子尺寸小於約100奈米； b) 平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中； c)  單一分佈的粒子尺寸分佈； d) 雙模粒子尺寸分佈；以及 e)  單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。 具體實施例13：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該鈦酸鋰尖晶石粒子的該平均主要粒子尺寸、該平均粒子內孔隙尺寸及該平均粒子間孔隙尺寸至少其中之一是在該二氧化鈦前驅物粒子的相同尺寸特徵的大約10％以內。 具體實施例14：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，包含： a)  形成一混合物，該混合物包含二氧化鈦前驅物奈米粒子與鋰化合物的水溶液； b) 在一密閉壓力槽中於一自生壓力下以至少約80°C的溫度加熱該混合物達至少約2小時，以形成嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦奈米粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀；以及 c)  視情況，煅燒該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，以形成鈦酸鋰尖晶石奈米粒子。 具體實施例15：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，其中該二氧化鈦前驅物奈米粒子、該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子及該鈦酸鋰尖晶石奈米粒子係以下列的一或多者為特徵： a)  平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中； b) 單一分佈的粒子尺寸分佈； c)  雙模粒子尺寸分佈；以及 d) 單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。 具體實施例16：如任何前述或後續具體實施例所述之方法，包含： a)  藉由形成鈦鹽與有機酸的水溶液，並視需要在二氧化鈦晶種材料的存在下以升高溫度加熱水解該水溶液，以製備二氧化鈦前驅物粒子，以於一母液中產生二氧化鈦前驅物粒子； b) 從該母液中分離出所產生的二氧化鈦前驅物粒子； c)  視情況，乾燥分離出的二氧化鈦前驅物粒子； d) 形成一混合物，該混合物包含該二氧化鈦前驅物粒子與鋰化合物的水溶液； e)  在一密閉壓力槽中於一自生壓力下以至少約80°C之溫度加熱該混合物達至少約2小時，以形成嵌鋰二氧化鈦粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦前驅物粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀；以及 f)  視情況，煅燒該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，以形成鈦酸鋰尖晶石粒子。 具體實施例17：一種電池，包含第一電極、第二電極、以及在該第一電極與該第二電極之間包含電解質的分隔物，其中該第一與該第二電極其中之一包含根據本文所提之任何方法（包含上述任何方法具體實施例）所製之嵌鋰二氧化鈦粒子或鈦酸鋰尖晶石粒子。 具體實施例18：適合用於鋰離子電池的電極的含鋰粒子，包含： a)  複數個嵌鋰二氧化鈦粒子，其以下列一或多者為特徵：               i. 平均主要粒子尺寸小於約100奈米；               ii. 概呈球形；               iii. 平均粒子內孔隙是在間孔隙範圍中；               iv. 單一分佈的粒子尺寸分佈；               v. 雙模粒子尺寸分佈；以及               vi. 單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈；或 b) 複數個鈦酸鋰尖晶石奈米粒子，其係以下列中其一或多者為特徵：               i. 平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中；               ii. 單一分佈的粒子尺寸分佈；               iii. 雙模粒子尺寸分佈；以及               iv. 單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。 具體實施例19：如任何前述或後續具體實施例所述之粒子，其中該嵌鋰二氧化鈦粒子是以奈米粒子之形式，該奈米粒子基於嵌鋰二氧化鈦奈米粒子的總重而包含約為1重量百分比至12重量百分比之間的鋰，且其中該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子係以下列一或多者為特徵： a)  概呈球形； b) 平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中； c)  單一分佈的粒子尺寸分佈； d) 雙模粒子尺寸分佈；及 e)  單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。 具體實施例20：如任何前述或後續具體實施例所述之粒子，其中該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子之特徵在於概呈球形與單一分佈的粒子尺寸分佈，且其中該奈米粒子具有不大於約80奈米之平均主要粒子尺寸與單一分佈的粒子尺寸，使得所有粒子具有在約10％該平均主要粒子尺寸以內之主要粒子尺寸。 具體實施例21：如任何前述或後續具體實施例所述之粒子，其中該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子是以實質上如第6圖所示之XRD繞射圖譜為特徵。 具體實施例22：如任何前述或後續具體實施例所述之粒子，其中該鈦酸鋰尖晶石奈米粒子具有不大於80奈米之平均主要粒子尺寸及單一粒子尺寸，使得所有粒子具有在約10％該平均主要粒子尺寸以內的主要粒子尺寸。 具體實施例23：一種電池，包含第一電極、第二電極與在該第一電極與該第二電極之間包含電解質的分隔物，其中該第一與第二電極其中之一包含本文所提（包含上述所提之任何粒子具體實施例）之任何含鋰粒子。 本發明的這些與其他特徵、構想和優點將可從下列詳細說明與附圖而清楚得知，其係於下文中簡要說明。本發明包含上述具體實施例中的兩個、三個、四個或更多之任意組合，以及本發明中所提出的任兩個、三個、四個或更多特徵或元件之任意組合，不管這類特徵或元件是否在表達上係於本文的一特定具體實施例中加以組合。本發明是要整體上解讀，使得所揭發明在其任何各種構想與具體實施例中的任何可分離特徵或元件應該被視為可加以組合，除非上下文另外有明確說明。
現將參照各種具體實施例，於下文中更完整說明本發明。這些具體實施例是為了能使說明書完整、且能對該領域中具有通常技藝者完全傳達本發明之範疇而提出。的確，本發明是具現為許多不同形式，且不應被解釋為限於本文所提出的具體實施例；反而，這些具體實施例是為了讓本發明說明書能夠滿足應用的法規需求而提出。在全文中，相同的元件符號是代表相同的元件。如在說明書中、以及在如附申請專利範圍中所用，單數用語「一（a）」、「一（an）」、「該」係包含複數形式，除非上下文中另有明確說明。 I. 二氧化鈦前驅物粒子 本發明中所使用的二氧化鈦（TiO2 ）前驅物粒子可有變化，特別是在本發明的某些具體實施例中，粒子尺寸、粒子形態、結晶性同素異形物、結晶尺寸、孔隙尺寸等可加以變化。本文所述之本發明方法可以二氧化鈦的銳鈦礦（anatase）與金紅石（rutile）同素異形物來實施，但以銳鈦礦結晶結構為佳。在某些具體實施例中，前驅物粒子可以具有完全地或實質地純銳鈦礦結晶結構（例如由大於約95％的銳鈦礦相所組成之二氧化鈦粒子）為特徵。 在本發明中，前驅物二氧化鈦粒子的粒子尺寸並不特別受限制。然而，一般在電極應用中較佳是使用具有狹窄粒子尺寸分佈之超微細粒子。因此，在某些具體實施例中，本發明中所使用之前驅物二氧化鈦粒子可以超微細或奈米粒子為特徵。如在本文中所用，用語「超微細粒子」或「奈米粒子」是指具有至少一個維度是小於100奈米的粒子。在本發明中所使用的超微細粒子一般將具有不大於約100奈米的平均主要粒子尺寸，更常是不大於約80奈米，且在某些具體實施例中不大於約50奈米，如藉由視覺上檢視穿透式電子顯微鏡（TEM）影像或掃描式電子顯微鏡（SEM）影像的顯微鏡圖、測量影像中粒子的直徑、以及基於TEM或SEM影像的放大倍率計算所測量之粒子的平均主要粒子尺寸所決定。粒子的主要粒子尺寸是指完全包圍粒子的最小直徑球體。上述尺寸範圍是具有尺寸分佈之粒子的平均值。 在某些具體實施例中，前驅物二氧化鈦粒子可以粒子尺寸分佈為特徵。在某些具體實施例中，粒子可被視為單一分佈，意即粒子群聚在粒子尺寸上呈現高度均勻。在本發明中所使用之某些單一分佈的粒子群聚可以含有具有主要粒子尺寸在粒子群聚之平均主要粒子尺寸的20％以內、或是在15％以內、或是在10％以內之粒子為特徵（亦即，在群聚內的所有粒子具有在平均主要粒子尺寸的給定百分率範圍內之主要粒子尺寸）。在一個例示具體實施例中，平均主要粒子尺寸約為50奈米，且在群聚中的所有粒子具有在約40奈米至約60奈米的範圍中之主要粒子尺寸（亦即，在平均主要粒子尺寸的20％以內）。 可使用其他的粒子尺寸範圍，而不背離本發明，例如具有至少一個維度小於1000微米之微粒（例如約50微米至約1000微米）。也可使用具有在本文所述範圍內之不同平均粒子尺寸的粒子混合物（例如雙模粒子分佈）。 二氧化鈦前驅物粒子的粒子形態（亦即形狀）也可變化而不背離本發明。在某些具體實施例中，前驅物粒子將具有概呈球體之形狀。前驅物粒子較佳顯現出高度均勻的粒子形態，意即在該粒子群聚內有相對極少的粒子形狀變異。 適用於本發明之二氧化鈦粒子也可以變化的結晶尺寸為特徵，具有小於約20奈米之平均尺寸範圍，例如小於約15奈米、或小於約12奈米（例如約4奈米至約12奈米）。 前驅物粒子也可以變化的孔隙尺寸分佈為特徵，包括粒子內孔隙與粒子間孔隙，以及以變化的表面積為特徵。例示的粒子內孔隙尺寸包含在間孔隙尺寸範圍內的平均孔隙尺寸，例如約2奈米至約12奈米；而例示的粒子間孔隙尺寸包含約15奈米至約80奈米之平均孔隙尺寸範圍。在本發明中所使用之前驅物粒子的例示平均BET比表面積包含約50 m2 /g至約400 m2 /g（例如約100至300 m2 /g或約120至約250 m2 /g）。如該領域中具通常技藝者所理解，BET比表面積是指基於期刊「美國化學學會期刊」（60，309 (1938年)）中所說明的布魯諾爾-埃米特-泰勒法（Brunauer-Emmett-Teller method）、根據ASTMD 3663-78標準之氮吸收所決定的比表面積。孔隙尺寸測量也可使用BET方法來進行。 在某些具體實施例中，前驅物二氧化鈦粒子可以尺寸孔隙分佈為特徵。在某些具體實施例中，粒子可被視為在孔隙尺寸上呈單一分佈，意即粒子群聚在孔隙尺寸上呈現高度均勻。在本發明中可用的某些單一分佈粒子群聚之特徵可以含有具孔隙尺寸在該粒子群聚之平均粒子內孔隙尺寸（或粒子間孔隙尺寸）的20％以內、或在15％以內、或在10％以內之孔隙尺寸的粒子（亦即，該群聚中的所有粒子具有在平均孔隙尺寸的既定百分率範圍內之孔隙尺寸）為特徵。在一個例示具體實施例中，平均粒子內孔隙尺寸為約10奈米，且在該群聚中的所有粒子具有約8奈米至約12奈米的範圍之粒子尺寸（亦即，在平均孔隙尺寸的20％內）。 可用於本發明中的合適二氧化鈦前驅物粒子可從科斯特全球公司（Cristal Global）商業取得，例如商標名稱為Tiona® AT1與CristalACTiVTM 之產品。也可參照Urwin之美國專利號4,012,338、Fu等人之美國專利公開號2005/0175525、Fu等人之美國專利公開號2009/0062111以及Fu等人之2009/0324472中所述之二氧化鈦粒子與其製造方法，其全部以引用形式而併入本文。 在一個具體實施例中，提供如Fu等人之美國專利公開號2013/0122298中所述之二氧化鈦前驅物粒子，該文以引用形式而併入本文。如其中所概述，可藉由首先製備鈦鹽與有機酸之水溶液（其係作為形態控制劑）而提供二氧化鈦奈米粒子。二氧化鈦奈米粒子係藉由在大約100°C溫度下加熱水解鈦鹽溶液達數小時而形成。可從母液中分離出奈米粒子，並使用該奈米粒子作為嵌鋰之前驅物材料，而不先乾燥粒子。或者，在嵌鋰步驟之前，可先以上述的公開案來乾燥粒子。下述實例1根據此一般程序製備二氧化鈦奈米粒子。 雖然是以二氧化鈦為佳，但也可利用其他金屬氧化物來實施本發明。例示的替代金屬氧化物包含氧化矽（例如SiO或SiO2 ）、氧化銅（例如CuO或Cu2 O）、氧化錫、二氧化錳（MgO2 ）、氧化錳（例如MnO或Mn2 O3 ）、氧化鐵（例如FeO、Fe2 O3 或Fe3 O4 ）、氧化鋯、氧化鋁、氧化釩（例如VO或V2 O3 ）、氧化鉬、氧化鈰、氧化鎢、氧化鋅、氧化釷等。 II. 嵌鋰二氧化鈦奈米粒子 嵌鋰二氧化鈦奈米粒子是經由對上述二氧化鈦前驅物粒子施用處理製程而形成。如在本文中所用，「嵌鋰」或「嵌有鋰」之粒子是指鋰離子插入粒子的結晶結構中的粒子。在本發明的製程中，前驅物粒子的粒子尺寸與形態會被有利地維持，意即導入鋰的製程並不顯著影響粒子尺寸與形態，因此對於這種重要的粒子特性可提供更好的控制。一旦形成了具有所需尺寸與形態特性的前驅物粒子，本發明可形成在尺寸與形狀上都與原始粒子實質上相仿的含鋰粒子。 嵌鋰製程包含了在本發明之鋰化合物水溶液的二氧化鈦粒子之水熱處理。水溶劑較佳是純水（例如去離子水），然而也可使用含有其他極性共同溶劑（例如酒精）、以水作為主要溶劑（例如，大於溶劑總重的50％，更一般地是大於約75％或大於約95％）的混合物，其皆不背離本發明。在混合物中所使用的水量不受特別限制，然較佳是使用足夠的水以將鋰化合物維持為溶解形式。 一般可於水中溶解及分解的任何鋰化合物皆可用於溶液中。例示的鋰鹽包含氫氧化鋰、氧化鋰、氯化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰等。較佳為強鹼性鋰化合物（例如氫氧化鋰）。較低鹼性的鋰化合物一般係與強鹼（例如氫氧化鈉或氨）結合而使用，以提高溶液的pH值。反應混合物的pH值一般大於約9，例如大於約10。 鋰化合物的水溶液與二氧化鈦前驅物粒子之混合物係在水熱製程條件下以升高溫度（亦即，高於室溫）進行熱處理。加熱步驟一般是在密閉的壓力槽（例如高壓釜）中進行，使得該製程可在升高溫度和自生壓力下進行。可用於本發明之例示高壓釜設備可得自Berghof/America公司與Parr Instrument公司，且如Hukvari等人之美國專利號4,882,128中所說明，其以引用形式而併入本文。這類例示槽體的操作對該領域通常技藝者將是明顯可知的。 在水熱處理期間對混合物施加的溫度可加以變化。在某些具體實施例中，溫度為至少約80°C、至少約90°C、至少約100°C、或至少約110°C。溫度一般將不超過約160°C，且在某些情況中將不超過約150°C。一般的溫度範圍是介於約80°C至約150°C（例如約100°C至約130°C）。如上所述，在水熱製程期間的壓力一般是自生的，意即在密閉腔室內的壓力是不受外部控制的，但僅導因於對腔室施加的熱處理而產生。水熱製程之一般壓力範圍是約5至約200 psig。更為一般的壓力範圍是約30至約120 psig。在某些具體實施例中，對混合物施加的壓力可以至少約20 psig、至少約30 psig、或至少約40 psig為特徵。反應混合物受到的升高壓力對於要達到粒子內需要的鋰裝載量是重要的。 對混合物施加的水熱處理時間可加以變化。一般而言，水熱處理進行達至少約2小時或至少約3小時。最大處理期間並不受特別限制，但一般而言，超過約48小時的處理是不必要的。 在混合物中所使用的鋰化合物量可加以變化，並部分取決於粒子內所需要的鋰裝載量。可嵌入前驅物粒子的鋰的量會顯著變化，其一般範圍是基於嵌鋰粒子的總重量而約1重量百分比至12重量百分比的鋰。更一般的嵌鋰量範圍是約為3％至約8％。如果需要煅燒嵌鋰粒子以形成如下文將更完整說明之LTO，則粒子的鋰裝載應該在約5重量百分比至7重量百分比的範圍。為了達到所需的鋰裝載量，混合物中所使用的鋰化合物量一般為，相對於二氧化鈦的重量，鋰重量是約2％至20％。 如先前所述，用以將鋰嵌入前驅物粒子中之水熱製程會留下原始粒子尺寸與未受大幅干擾的形態。因此，嵌鋰粒子會以具有與上述關於前驅物粒子實質上相同的粒子尺寸和形態特性為特徵。舉例而言，平均粒子尺寸、粒子尺寸分佈（例如單一分佈性）、粒子內與粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈（例如單一分佈性）及粒子形狀將不因水熱製程而大幅改變。在某些具體實施例中，任何或全部上述特性可視為相對未改變，意即嵌鋰粒子的平均粒子尺寸、粒子尺寸分佈（例如單一分佈性）、粒子內與粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈（例如單一分佈性）及粒子形狀中的一或多者將會在前驅物粒子之相同特性值的大約10％以內（例如在約5％以內或在約2.5％以內）。 嵌鋰二氧化鈦奈米粒子可以X射線繞射（XRD）圖譜為特徵而與前驅物二氧化鈦奈米粒子做出區別，該XRD圖譜清楚地顯示本發明之製程使鋰擴散至二氧化鈦結晶結構中。在一個具體實施例中，嵌鋰二氧化鈦奈米粒子是以實質上如第6圖所示之XRD繞射圖譜為特徵。如所示，本發明之嵌鋰二氧化鈦奈米粒子一般將呈現出在下述一或多個2θ繞射角處具有波峰之XRD圖譜：在大約39°至約40°之間（例如在大約39.5°）、在大約45°至約47°之間（例如在大約46°）、以及在大約81°。 熟習本領域技術之人士將理解，繞射圖譜資料不應該被解釋為絕對的，因此，本發明之嵌鋰二氧化鈦奈米粒子並不限於具有與第6圖相同之XRD圖譜的粒子。具有與第6圖實質上相同之XRD圖譜的任何嵌鋰二氧化鈦奈米粒子將落入本發明的範疇內。熟習X射線粉末繞射技術之人士能夠判斷X射線粉末繞射圖譜的實質相同性。一般而言，在X射線粉末繞射圖譜中的繞射角度之測量誤差約為2θ=0.5°或更小（更適當而言，大約是2θ=0.2°或更小），且在考量第6圖之X射線粉末繞射圖譜或在其上提供之波峰值時應考慮此一測量誤差角度。換言之，在某些具體實施例中，第6圖中的波峰與其上給出的波峰值可被視為+/- 0.5°或+/- 0.2°。見「粉末繞射基礎與結構特徵化」（Pecharsky與Zavalij，Kluwer Academic Publisher，2003年）。 III. 鈦酸鋰奈米粒子 雖然可使用根據上述製程所製備之嵌鋰奈米粒子而無須進一步改質來作為電極材料，但在本發明的某些具體實施例中，嵌鋰奈米粒子被進一步處理而形成鈦酸鋰（LTO）粒子。LTO的轉換包含以升高溫度煅燒嵌鋰奈米粒子，例如在約400°C至約800°C之溫度。在某些具體實施例中，煅燒溫度會以低於約650°C、低於約600°C、或低於約550°C為特徵。煅燒條件一般係施用達至少約1小時或至少約2小時（例如約2小時至約8小時）。最大處理其間不受特別限制，但超過約12小時的處理一般是不必要的。 煅燒製程會留下大量不受干擾的嵌鋰奈米粒子之原始粒子尺寸與形態，雖然 粒子在形狀上將變得趨於立方體狀，以與立方體LTO尖晶石結構一致。因此，LTO粒子會以具有與上述關於前驅物與嵌鋰粒子實質上相同的粒子尺寸與形態特性。舉例而言，平均粒子尺寸、粒子尺寸分佈（例如單一分佈性）、粒子內與粒子間孔隙尺寸、以及孔隙尺寸分佈（例如單一分佈性）的特性將不因煅燒製程而大幅改變。在某些具體實施例中，任何或所有上述特性可被視為相對無變化，意即LTO粒子的平均粒子尺寸、粒子尺寸分佈（例如單一分佈性）、粒子內與粒子間孔隙尺寸及孔隙尺寸分佈（例如單一分佈性）中一或多者將會在前驅物粒子及/或嵌鋰粒子之相同特性值的大約10％以內（例如在約5％以內或在約2.5％以內）。 IV. 電池應用 一般而言，嵌鋰奈米粒子與LTO奈米粒子是離子性導體，且因此可見用於利用具有離子傳導性材料的任何應用。在一個具體實施例中，嵌鋰奈米粒子與LTO奈米粒子可被使用作為鋰離子電池中的電極材料。舉例而言，這類材料可被使用作為第8圖中示意說明之電池100 中的部件，然該圖式係僅為例示，並非要將本發明之範疇限定於特定的鋰離子電池配置。電池100 包含陽極102 、陰極104 以及含有電解質的分隔物106 。可適用於本發明之例示鋰離子電池係如Ito等人的美國專利公開號2013/0343983與Inagaki等人的美國專利公開號2013/0337302中所提，這兩份文件以引用形式而併入本文。 在某些具體實施例中，本發明之嵌鋰奈米粒子與LTO奈米粒子係用於鋰離子電池的陽極中。電池之陽極材料可進一步包含添加物，例如傳導劑，以調整陽極（例如石墨、碳黑、或金屬粉末）的傳導性、以及黏結劑或填料（例如多醣、熱塑性樹脂或彈性聚合物）。使用於陰極中的材料可加以變化，且實例包含錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰、五氧化二釩等。電解質一般是由鋰鹽與溶劑所組成。例示的溶劑包含碳酸亞丙酯、碳酸亞乙酯、碳酸亞丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁內酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、四氫呋喃、二甲基亞碸、甲醯胺、二氧戊環與乙腈。例示的鋰鹽包含LiPF6 、高氯酸鋰（LiClO4 ）、LiCF3 SO3 、LiN(CF3 SO2 )2 、以及LiBF4 。 注意本發明之嵌鋰奈米粒子與LTO奈米粒子也可使用作為某些電池具體實施例中陰極基質材料，例如鋰-硫（Li-S）電池，其中陰極基質材料嵌有硫。 藉由下述實例來更完整說明本發明之構想，這些實例被提出以說明本發明的某些構想，且並不被解釋為其限制。 實例 實例1：嵌鋰二氧化鈦奈米球體的製備 1,195克去離子水、79克氫氯酸溶液（Fisher Scientific，37％）、7.9克檸檬酸單水合物（Alfa Aesar）與398克氧氯化鈦溶液（在二氧化鈦中，25.1％，Cristal）係於一加熱反應器中混合在一起，該加熱反應器配備有一玻璃凝結器與一頂置式攪拌器。當不斷地攪拌時，混合物被加熱至75°C，並快速加入少量銳鈦礦二氧化鈦晶種（相對於二氧化鈦為0.1％，銳鈦礦晶種係由Cristal生產）。反應維持在75°C達兩小時。在這期間，二氧化鈦粒子開始通過氧氯化鈦水解而形成。接著將反應溫度提高至85°C並且在該溫度下維持三個小時。水解實質上在此階段完成。 反應混合物被冷卻至室溫並且停止攪拌。讓所形成的二氧化鈦漿料靜置約三個小時。在那之後，基本上所有粒子都會沉降到容器的底部，移除母液並且加入大約相同量的去離子水。取出少量樣本，並以SEM進行檢視。SEM影像顯示了二氧化鈦粒子是均勻的、大致呈圓形、且尺寸約為40奈米，基本上與第1圖所示者相同。以XRD測量在烘箱中乾燥的少量樣本，其顯示了二氧化鈦具有銳鈦礦形式（如第5圖所示）。XRD測量可由PANalytical X’Pert Pro Diffractometer繞射儀使用Cu-Kα1 輻射波長λ = 1.540Å來進行。繞射儀配備有密閉的Cu x-射線管與X-Celerator位置偵測器。設備條件是設定為45kV、40mA、每階2θ值為0.016º、以及停留時間為50秒。 在取樣之後，重新開始攪拌，並小部分加入78.8克的氫氧化鋰單水合物（Alfa Aesar）。在攪拌了約15分鐘之後，混合物被移至水熱反應器（Parr Instruments）並在自生壓力下以120°C處理達24小時。反應接著被冷卻至室溫，藉由過濾分離產物，並以去離子水清洗數遍，直到濾液傳導率低於500 μS/cm為止。在烘箱中以90°C乾燥清洗的樣本。SEM測量顯示，粒子仍具有相當均勻的奈米球體之形式（如第2圖中所示）。相較於用於嵌埋之前驅物奈米粒子的SEM影像（例如第1圖），可得知在嵌埋之後奈米粒子仍保持完整，且粒子形態並未在處理期間產生改變。XRD測量顯示，二氧化鈦仍具有銳鈦礦形式，然大部分的波峰都明顯偏移（如第6圖所示）。利用ICP-OES（感應式耦合電漿-發光光譜）分析儀（Thermo Scientific iCAP 6000）進行之鋰分析顯示，產物含有約6 wt.％的鋰，其證實XRD波峰偏移是由鋰嵌入二氧化鈦晶體晶格中所致。在測量之前，嵌鋰二氧化鈦樣本先溶解於氫氟酸溶液中。鋰標準溶液購自高純度標準公司（High-Purity Standards, Inc.）。 實例2：嵌鋰二氧化鈦轉化為鈦酸鋰尖晶石（LTO） 得自實例1的嵌鋰二氧化鈦奈米球體係於加熱爐中以600°C處理6小時。SEM影像顯示，奈米粒子在轉化之後仍大量呈球形，且原始的形態特徵可被大量地維持（如第3圖所示）。高放大倍率的TEM影像顯示奈米粒子在形狀上是呈立方體狀，其與立方體狀的尖晶石結構一致（如第4A圖與第4B圖中所示）。奈米粒子的XRD圖形（示於第7圖）與標準立方體尖晶石鈦酸鋰（Li4 Ti4 O12 ）完全一致。 在前述說明書與相關圖式的教示下，本發明所屬領域中具有通常技藝者可理解本發明的許多修飾例與其他具體實施例。因此，應理解本發明並不限於所揭露之特定具體實施例，修飾例與其他具體實施例亦包含在如附申請專利範圍的範疇內。雖然在本文中使用了特定用語，但他們都僅以一般性及描述性概念而使用，並非用於限制目的。
100‧‧‧電池
102‧‧‧陽極
104‧‧‧陰極
106‧‧‧分隔器
現將參照附圖，以一般性用語描述本發明，這些圖式不需要依實際比例繪製，且其中： 第1圖是根據本發明的一個具體實施例之前驅物二氧化鈦奈米粒子的SEM影像； 第2圖是根據本發明的一個具體實施例之嵌鋰二氧化鈦奈米粒子的SEM影像； 第3圖是根據本發明的一個具體實施例之鈦酸鋰奈米粒子的SEM影像； 第4A圖與第4B圖為根據本發明的一個具體實施例之鈦酸鋰奈米粒子在不同放大倍率下之TEM影像； 第5圖為根據本發明的一個具體實施例之前驅物二氧化鈦奈米粒子的x射線繞射（XRD）圖譜，以標準銳鈦礦二氧化鈦圖譜直條帶作為參考； 第6圖為根據本發明的一個具體實施例之嵌鋰二氧化鈦奈米粒子的XRD圖譜，以標準銳鈦礦二氧化鈦圖譜直條帶作為參考； 第7圖為根據本發明的一個具體實施例之鈦酸鋰奈米粒子的XRD圖譜，以標準鈦酸鋰尖晶石圖譜直條帶作為參考；以及 第8圖是一例示鋰離子電池的示意圖，其中可使用本發明之嵌鋰二氧化鈦奈米粒子或鈦酸鋰奈米粒子作為電極材料的一部分。

Claims (23)

  1. 一種用於製備含鋰粒子的方法，該含鋰粒子適用於一電池之一電極中，該方法包含： c) 形成一混合物，該混合物包含二氧化鈦前驅物粒子與一鋰化合物的一水溶液；以及 d) 於一密閉壓力槽中以一升高溫度加熱該混合物，以形成嵌鋰二氧化鈦粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該嵌鋰二氧化鈦粒子的該平均主要粒子尺寸、該平均粒子內孔隙尺寸以及該平均粒子間孔隙尺寸至少其中之一是在該二氧化鈦前驅物粒子的相同尺寸特徵的大約10％以內。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該嵌鋰二氧化鈦粒子的該平均主要粒子尺寸、該平均粒子內孔隙尺寸以及該平均粒子間孔隙尺寸至少其中之一是在該二氧化鈦前驅物粒子的相同尺寸特徵的大約5％以內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該二氧化鈦前驅物粒子與該嵌鋰二氧化鈦粒子兩者皆以下列一或多者為特徵： a) 一平均主要粒子尺寸小於約100奈米； b) 一概呈球形； c) 一平均粒子內孔隙尺寸是在間隙孔範圍中； d) 一單一分佈的粒子尺寸分佈； e) 一雙模粒子尺寸分佈；以及 f) 一單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之方法，其中該鋰化合物是選自由氫氧化鋰、氧化鋰、氯化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰及其組合物所組成的群組。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之方法，其中該升高溫度係至少約80°C，且在該加熱步驟期間之壓力是自生的。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之方法，其中該混合物的pH值大於約9。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之方法，其中在該加熱步驟期間對該混合物施加的壓力是至少約20 psig。
  9. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之方法，其中該混合物中的鋰化合物的量基於該二氧化鈦粒子的重量而介於約2重量百分比至約20重量百分比之間。
  10. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之方法，更包含煅燒該嵌鋰二氧化鈦粒子，以形成鈦酸鋰尖晶石粒子。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該煅燒步驟包含以不大於約650°C之溫度加熱該嵌鋰二氧化鈦粒子。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該鈦酸鋰尖晶石粒子係以下列的一或多者為特徵： a) 一平均主要粒子尺寸小於約100奈米； b) 一平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中； c) 一單一分佈的粒子尺寸分佈； d) 一雙模粒子尺寸分佈；以及 e) 一單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該鈦酸鋰尖晶石粒子的該平均主要粒子尺寸、該平均粒子內孔隙尺寸及該平均粒子間孔隙尺寸至少其中之一是在該二氧化鈦前驅物粒子的相同尺寸特徵的大約10％以內。
  14. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之方法，包含： a) 形成一混合物，該混合物包含二氧化鈦前驅物奈米粒子與一鋰化合物的一水溶液； b) 在一密閉壓力槽中於一自生壓力下以至少約80°C的溫度加熱該混合物達至少約2小時，以形成嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦奈米粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀；以及 c) 視情況，煅燒該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，以形成鈦酸鋰尖晶石奈米粒子。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該二氧化鈦前驅物奈米粒子、該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子及該鈦酸鋰尖晶石奈米粒子係以下列的一或多者為特徵： a) 一平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中； b) 一單一分佈的粒子尺寸分佈； c) 一雙模粒子尺寸分佈；以及 d) 一單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。
  16. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之方法，包含： a) 藉由形成一鈦鹽與一有機酸的一水溶液，並視需要在一二氧化鈦晶種材料的存在下以一升高溫度加熱水解該水溶液，以製備二氧化鈦前驅物粒子，以於一母液中產生二氧化鈦前驅物粒子； b) 從該母液中分離出所產生的二氧化鈦前驅物粒子； c) 視情況，乾燥分離出的二氧化鈦前驅物粒子； d) 形成一混合物，該混合物包含該二氧化鈦前驅物粒子與一鋰化合物的一水溶液； e) 在一密閉壓力槽中於一自生壓力下以至少約80°C之溫度加熱該混合物達至少約2小時，以形成嵌鋰二氧化鈦粒子，其中從下列所組成群組中選出的至少一個粒子尺寸特徵係實質上未因該加熱步驟而改變：二氧化鈦前驅物粒子的平均主要粒子尺寸、粒子尺寸分佈、平均粒子內孔隙尺寸、平均粒子間孔隙尺寸、孔隙尺寸分佈以及粒子形狀；以及 f) 視情況，煅燒該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子，以形成鈦酸鋰尖晶石粒子。
  17. 一種電池，包含一第一電極、一第二電極、以及在該第一電極與該第二電極之間包含一電解質的一分隔物，其中該第一與該第二電極其中之一包含如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的方法所製之嵌鋰二氧化鈦粒子、或如申請專利範圍第10項所述的方法所製之鈦酸鋰尖晶石粒子。
  18. 一種適合用於一鋰離子電池的一電極的含鋰粒子，包含： a) 複數個嵌鋰二氧化鈦粒子，其以下列一或多者為特徵：       i. 一平均主要粒子尺寸小於約100奈米；       ii. 一概呈球形；       iii. 一平均粒子內孔隙是在間孔隙範圍中；       iv. 一單一分佈的粒子尺寸分佈；       v. 一雙模粒子尺寸分佈；以及       vi. 一單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈；或 b) 複數個鈦酸鋰尖晶石奈米粒子，其係以下列一或多者為特徵：   i. 一平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中；         ii. 一單一分佈的粒子尺寸分佈；   iii. 一雙模粒子尺寸分佈；以及   iv. 一單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之粒子，其中該嵌鋰二氧化鈦粒子是以奈米粒子之形式，該奈米粒子基於該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子的總重而包含約1重量百分比至12重量百分比之間的鋰，且其中該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子係以下列一或多者為特徵： a) 一概呈球形； b) 一平均粒子內孔隙尺寸是在間孔隙範圍中； c) 一單一分佈的粒子尺寸分佈； d) 一雙模粒子尺寸分佈；及 e) 一單一分佈的粒子內孔隙尺寸分佈。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之粒子，其中該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子之特徵在於一概呈球形與一單一分佈的粒子尺寸分佈，且其中該奈米粒子具有不大於約80奈米之一平均主要粒子尺寸與一單一分佈的粒子尺寸，使得所有粒子具有在約10％該平均主要粒子尺寸以內之一主要粒子尺寸。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之粒子，其中該嵌鋰二氧化鈦奈米粒子是以實質上如第6圖所示之一XRD繞射圖譜為特徵。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之粒子，其中該鈦酸鋰尖晶石奈米粒子具有不大於80奈米之一平均主要粒子尺寸及一單一粒子尺寸，使得所有粒子具有在約10％該平均主要粒子尺寸以內的一主要粒子尺寸。
  23. 一種電池，包含一第一電極、一第二電極與在該第一電極與該第二電極之間包含一電解質的一分隔物，其中該第一與第二電極其中之一包含如申請專利範圍第18項至第22項中任一項所述之粒子。
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