[發明專利]一種低成本鈦酸鋰材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910171010.4
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109888272A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 劉艷俠;張鵬飛;柴豐濤;趙沖沖;侯奧林;張鎖江
• 申請（專利權）人: 鄭州中科新興產業技術研究院;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/0525;C01G23/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種低成本鈦酸鋰材料的制備方法，步驟如下：（1）將偏鈦酸與過氧化氫反應，加入適量的氨水形成穩定的過氧鈦配合物溶液；（2）按配比稱取鋰源加入到步驟（1）制備的過氧鈦配合物溶液中，加入分散劑，攪拌形成均勻的溶液，干燥、焙燒制得鈦酸鋰材料。本發明以價格低廉的偏鈦酸（價格是二氧化鈦的三分之一左右）為鈦源，成本降低，加入適量的過氧化氫和氨水制備出穩定的過氧鈦配合物溶液，與鋰鹽反應更加充分，制備鈦酸鋰材料電化學性能優越，半電池首次容量為174mAh/g，首次充放電效率大于95%。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料技術領域，具體為一種低成本鈦酸鋰材料的制備方法。

背景技術

隨著全球能源危機與環境污染的加劇，新能源的發展和應用勢在必行。鋰離子電池自20世紀90年代實現商品化以來，就得到快速的發展。與傳統的化學電池相比，具有質量輕、體積小、電壓高、比能量高、工作溫度范圍寬、比功率大、放電平穩、儲存時間長、無記憶效應、無污染等優點。目前，鋰離子電池已經廣泛的應用在手機、數碼相機、筆記本電腦等便攜式電子產品中，在電動汽車（EV）、混合動力汽車（HEV）和儲能系統上表現出廣泛的應用前景，被譽為“21世紀的綠色二次電池”。如今各種商業化的鋰離子電池負極材料都是以碳類材料為主，但是，碳做負極的鋰離子電池在應用上還存在一些問題，為了解決碳做負極的鋰電池的缺陷，安全可靠的鋰離子電池負極材料發展很重要。

鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）是不導電的白色晶體，該材料具有鋰離子的三維擴散通道，在充放電過程中，尖晶石立方結構的鈦酸鋰經過嵌鋰，轉變成巖鹽相的Li₇Ti₅O₁₂，是一個動力學高度可逆的過程，單位晶胞體積僅變化0.3%，被稱為“零應變材料”，因此鈦酸鋰電池的循環壽命可以達到萬次以上，是傳統鋰離子電池的5~10倍。鈦酸鋰的嵌鋰電位為1.55V（Vs.Li⁺/Li），避免了過低電位下鋰枝晶的析出，降低了電池內部短路的風險，具有極高的安全性。鈦酸鋰電池能夠承受10C以上連續充電和放電，能夠滿足儲能電站調峰調谷的大倍率性能的要求，低溫（-40℃）和高溫（60℃）性能優異，能夠在絕大部分地區和環境中使用。因此，Li₄Ti₅O₁₂電池特別適用于要求長壽命、高安全、低成本的綠色儲能技術及客車領域。

但是，鈦酸鋰材料相對于碳材料價格較高，如何制備出價格低廉、性能優越的鈦酸鋰材料是行業內面對的難題。目前，國內制備鈦酸鋰多采用以納米尺寸銳鈦型二氧化鈦為鈦源，因為國內二氧化鈦工藝比較成熟，無論是用氯化法還是硫酸法都能制備出高質量的納米二氧化鈦。偏鈦酸（H₂TiO₃）是工業上制備納米二氧化鈦的的中間產物，價格低廉，是二氧化鈦價格的三分之一左右，在降低鈦酸鋰成本方面具有很大潛力。

發明內容

本發明采用價格低廉的偏鈦酸為鈦源，加入適量的過氧化氫和氨水制備出穩定的過氧鈦配合物溶液，然后進行配鋰制備出鈦酸鋰材料。與傳統以二氧化鈦為鈦源制備方法相比，原料成本低、耗時少、能耗低、反應更加充分，更適合規模化生產。

實現本發明的技術方案是：一種低成本鈦酸鋰材料的制備方法，步驟如下：

（1）將偏鈦酸與過氧化氫反應，加入適量的氨水形成穩定的過氧鈦配合物溶液；

（2）按配比稱取鋰源加入到步驟（1）制備的過氧鈦配合物溶液中，加入分散劑，攪拌形成均勻的溶液，干燥、焙燒制得鈦酸鋰材料。

所述步驟（1）中偏鈦酸與過氧化氫的質量體積比為1：（2~100）。

所述步驟（1）中加入氨水后溶液的pH值為8~14，控制溶液的pH，制備穩定的過氧鈦配合物溶液。

所述步驟（2）中鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰和醋酸鋰中的一種或幾種。