[發明專利]一種尖晶石結構含晶須的鈦酸鋰的制備方法

在審

• 申請號: 201710319592.7
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107128968A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 廖向陽;謝宏偉;王玲;倪曉光
• 申請（專利權）人: 江蘇特豐新材料科技有限公司
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;H01M4/485
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料的制備領域，特別涉及一種尖晶石結構含晶須的鈦酸鋰的制備方法。

背景技術

鋰離子電池是由正極、負極、隔膜及電解液這四個主要部分構成。其中鋰離子電池的正極一般是具有高電位且可逆脫嵌鋰離子的材料，比如錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。鋰離子電池的負極一般是碳負極材料比如石墨。目前對正極材料的研究已經達到一個瓶頸，因此對負極材料的研究成為另外一個關鍵。

鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)作為鋰離子電池負極材料使用，具有如下突出的性能：尖晶石結構的鈦酸鋰由于其在嵌脫鋰過程中晶格常數幾乎不發生變化，被稱為“零應變”材料；其理論嵌鋰電位為1.55V((VS.Li⁺/Li)，雖然鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)的平臺電位較高，但是其優勢是保證它能夠在有機電解液不發生分解的電位范圍內進行充放電，不易形成SEI膜，也沒有鋰金屬的析出，使得安全性大大提高；另外其理論比容量為175mAh/g，并有研究表明其最高理論比容量可達293mAh/g，振實密度遠高于石墨電極，因此其相同體積情況下亦能保證高的容量。因此，鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)作為負極材料具有“零應變”、安全性高、充放電性能好、循環性能優良、理論容量高、振實密度大、充放電電壓平臺穩定等優點，作為鋰離子動力電池負極材料，有望解決鋰離子電池的快速充電性能和安全性能，具有良好發展和應用前景。

但是，目前工藝制備的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)負極材料受到現有工藝的限制，仍然存在著導電性差和大電流充放電性能差、密度低等缺點，迄今為止難以大規模生產和推廣應用。不過在制備鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)負極材料的過程中，我們發現一種尖晶石結構的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)的晶須材料的制備方法，這為其他領域，包括鋰電池負極材料的研發提供參考與應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種尖晶石結構含晶須的鈦酸鋰的制備方法，即以廉價的偏鈦酸和碳酸鋰為主要原料，將偏鈦酸加入煅燒晶種(金紅石晶種)后與碳酸鋰直接以漿料的形式混合、經煅燒去除水分、完成晶型轉化后得到尖晶石晶體完整的鈦酸鋰。在此過程中，用去離子水洗除偏鈦酸中的Na⁺及SO₄^2-等有害離子，按Li4Ti5O12化學式中的摩爾比例，稱取烘干后的偏鈦酸和碳酸鋰，經過球磨并過濾去掉大量水分后，置于箱式電爐中，以10℃/分鐘的升溫速率從室溫升溫到980℃-1050℃的煅燒范圍并恒溫4.5～10小時，自然冷卻后，即得到一種尖晶石結構的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)的晶須材料。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種尖晶石結構含晶須的鈦酸鋰的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在偏鈦酸中加入氫氧化鈉溶液，加熱至沸騰并攪拌3～5小時，用2.5倍物料體積去離子水洗除Na⁺及SO₄^2-有害離子；

步驟2：將去除Na⁺及SO₄^2-有害離子的偏鈦酸烘干，使其中的自由水水分≤10％，經過1～2小時的球磨混和，采用重量法測定T_iO₂含量；

步驟3：按Li₄Ti₅O₁₂化學式中的摩爾比例，稱取烘干后的偏鈦酸和碳酸鋰，并加入約1～2倍物料體積去離子水，球磨約4～5小時；

步驟4：將上述物料過濾去掉大量水分后再置于箱式電爐中，以10℃/分鐘的升溫速率從室溫升溫到980℃～1050℃的煅燒范圍并恒溫4.5～10小時，自然冷卻后，即得到尖晶石結構的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)的晶須材料。

有益效果：