專利名稱：鈦酸鋰工業(yè)合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰電池關(guān)鍵材料生產(chǎn)技術(shù)，特別涉及一種鈦酸鋰工業(yè)合成方法。
背景技術(shù)：
“零應(yīng)變”材料鋰鈦復(fù)合氧化物L(fēng)i4Ti5O12在鋰離子嵌入一脫出的過程中，晶體結(jié) 構(gòu)能夠保持高度的穩(wěn)定性，是其具有優(yōu)良的循環(huán)性能和平穩(wěn)的放電特性，且具有較高的 電極電壓，從而避免了電解液分解現(xiàn)象，也能夠避免保護(hù)膜的生成，安全性能良好，同時 LI4Ti5O12的原料來源比較豐富，因此Li4Ti5O12F失為一種比較理想的能代替碳的鋰離子電 池負(fù)極材料。Li4Ti5O12I業(yè)化應(yīng)用的主要方法是固相法，其缺點(diǎn)是混合均勻度不夠，需要長時 間的高溫處理，能耗大。也有采用濕法球磨混料，試圖解決混料不均的問題，但對設(shè)備要求 高，工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為提高混料均勻度，克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種鈦酸鋰工業(yè)合成方法。本發(fā)明鈦酸鋰工業(yè)合成方法，包括混料、高溫處理、粉碎過篩工序，其具體步驟如 下1)將鋰鹽和二氧化鈦分別用有機(jī)溶劑預(yù)處理；2)將處理過的鋰鹽和二氧化鈦按鋰鈦摩爾比為0. 7-0. 9的比例配料并以分散方 式混料分散后得前驅(qū)體；3)將前驅(qū)體放入馬弗爐加熱處理，加熱溫度500-700°C，加熱時間1_12小時；4)加熱產(chǎn)物自然冷卻至室溫后，粉碎處理；5)粉碎物再次高溫處理，溫度為500-1200°C，保溫時間為1_20小時，得合成材 料；6)將上述合成材料經(jīng)150目篩過篩后得到最終產(chǎn)品尖晶石Li4Ti5O1215所述鋰鹽為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰和乙酸鋰中的一種或多種混合物。所述二氧化鈦選用結(jié)構(gòu)為銳鈦型或金紅石型中的一種或兩種混合物。所述有機(jī)溶劑為甲醇、無水乙醇、丙酮或檸檬酸中的一種或多種混合物。所述有機(jī)溶劑預(yù)處理是按固液相質(zhì)量比1 1將鋰鹽和二氧化鈦放入有機(jī)溶劑中 浸泡0. 5-3小時，而后攪拌0. 5-5小時。所述分散方式包括100-400目的超聲波振動篩、標(biāo)準(zhǔn)振動篩或攪拌機(jī)中的一種。本發(fā)明鈦酸鋰工業(yè)合成方法，所用原料來源廣泛、價格低廉，采用有機(jī)溶劑預(yù)處 理，可去除原料表面的保護(hù)膜，過篩干燥后混合，可避免原料發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，混料不均，對設(shè) 備要求的，制備工藝簡單，非常適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明鈦酸鋰工業(yè)合成方法合成尖晶石Li4Ti5O12材料的SEM圖；圖2是合成尖晶石Li4Ti5O12材料的與標(biāo)準(zhǔn)圖譜的XRD比較圖；圖3是合成尖晶石Li4Ti5O12材料的循環(huán)放電圖；圖4是合成尖晶石Li4Ti5O12材料的首次充放電電壓曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明鈦酸鋰工業(yè)合成方法作更詳盡的說明。實(shí)施例一選用碳酸鋰、銳鈦型二氧化鈦為原料，分別取一部分置于不同的燒杯中，加入同等 重量的甲醇浸泡2小時，攪拌3小時，過篩干燥后按鋰與鈦的摩爾比為0. 81稱取原料進(jìn)行 配料，并采用標(biāo)準(zhǔn)振動篩混料，分散后得前驅(qū)體。將前驅(qū)體在空氣氣氛下放入馬弗爐，在600°C溫度下，高溫處理4小時，冷卻后粉 碎過150目篩，再在500°C溫度下保溫4小時，然后升溫到850°C保溫12小時，再降溫到 600°C保溫1小時，最后降溫至室溫得鈦酸鋰Li4Ti5O12樣品。經(jīng)電子顯微鏡(SEM)觀察，物 料顆粒均勻、細(xì)小，經(jīng)X-射線粉末衍射(XRD)測試后為單一尖晶石結(jié)構(gòu)，粒度分析顆粒D50 為 6. 58um。將合成的Li4Ti5O12乙炔黑和導(dǎo)電石墨混合物、粘接劑聚偏二氟乙烯(PVDF)按質(zhì)量 比90 4 6混合均勻，涂在鋁箔上，干燥后裁剪成極片。將電解質(zhì)LiPF6鹽溶解于體積比 為1 1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成電解液，電解液的濃度為 lmol/L,以金屬鋰為對電極，在氬氣箱中組裝成扣式電池，進(jìn)行電化學(xué)性能測試。充放電首次 為0. 2C，二次以后為1. 0C,電壓范圍為0. 8-2. 5V，首次比容量為122mAh/g，材料的性能優(yōu)越。實(shí)施例二 選用氫氧化鋰、銳鈦型二氧化鈦為原料，分別取一部分置于不同的燒杯中，加入同 等重量的無水乙醇浸泡1小時，攪拌1小時，過篩干燥后按鋰與鈦的摩爾比為0. 8稱取原料 進(jìn)行配料，并采用標(biāo)準(zhǔn)振動篩混料，分散后得前驅(qū)體。將前驅(qū)體在空氣氣氛下放入馬弗爐，在600°C溫度下，高溫處理4小時，冷卻后粉 碎過150目篩，再在500°C溫度下保溫4小時，然后升溫到850°C保溫12小時，再降溫到 600°C保溫1小時，最后降溫至室溫得鈦酸鋰Li4Ti5O12樣品。經(jīng)電子顯微鏡(SEM)觀察，物 料顆粒均勻、細(xì)小，經(jīng)X-射線粉末衍射(XRD)測試后為單一尖晶石結(jié)構(gòu)，粒度分析顆粒D50 為 8. 645um。將合成的Li4Ti5O12、乙炔黑和導(dǎo)電石墨混合物、粘接劑聚偏二氟乙烯(PVDF)按質(zhì) 量比90 4 6混合均勻，涂在鋁箔上，干燥后裁剪成極片。將電解質(zhì)LiPF6鹽溶解于體 積比為1 1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成電解液，電解液的 濃度為lmol/L，以金屬鋰為對電極，在氬氣箱中組裝成扣式電池，進(jìn)行電化學(xué)性能測試。充 放電首次為0. 2C，二次以后為1. 0C,電壓范圍為0. 8-2. 5V，首次比容量為158mAh/g，材料的 性能優(yōu)越。實(shí)施例三選用碳酸鋰、銳鈦型二氧化鈦為原料，分別取一部分置于不同的燒杯中，加入同等重量的丙酮浸泡1小時，攪拌2小時，過篩干燥后按鋰與鈦的摩爾比為0. 82稱取原料進(jìn)行 配料，并采用標(biāo)準(zhǔn)振動篩混料，分散后得前驅(qū)體。將前驅(qū)體在空氣氣氛下放入馬弗爐，在600°C溫度下，高溫處理4小時，冷卻后粉 碎過150目篩，再在500°C溫度下保溫4小時，然后升溫到850°C保溫12小時，再降溫到 600°C保溫1小時，最后降溫至室溫得鈦酸鋰Li4Ti5O12樣品。經(jīng)電子顯微鏡(SEM)觀察，物 料顆粒均勻、細(xì)小，經(jīng)X-射線粉末衍射(XRD)測試后為單一尖晶石結(jié)構(gòu)，粒度分析顆粒D50 為 5. 383um。將合成的Li4Ti5O12、乙炔黑和導(dǎo)電石墨混合物、粘接劑聚偏二氟乙烯(PVDF)按質(zhì) 量比90 4 6混合均勻，涂在鋁箔上，干燥后裁剪成極片。將電解質(zhì)LiPF6鹽溶解于體 積比為1 1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成電解液，電解液的 濃度為lmol/L，以金屬鋰為對電極，在氬氣箱中組裝成扣式電池，進(jìn)行電化學(xué)性能測試。充 放電首次為0. 2C，二次以后為1. 0C,電壓范圍為0. 8-2. 5V，首次比容量為169mAh/g，材料的 性能優(yōu)越，經(jīng)100次循環(huán)后容量保持率為98%。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鋰工業(yè)合成方法，包括混料、高溫處理、粉碎過篩工序，其特征在于所述 方法具體步驟如下1)將鋰鹽和二氧化鈦分別用有機(jī)溶劑預(yù)處理；2)將處理過的鋰鹽和二氧化鈦按鋰鈦摩爾比為0.7-0. 9的比例配料并以分散方式混 料分散后得前驅(qū)體；3)將前驅(qū)體放入馬弗爐加熱處理，加熱溫度500-700°C，加熱時間1-12小時；4)加熱產(chǎn)物自然冷卻至室溫后，粉碎處理；5)粉碎物再次高溫處理，溫度為500-1200°C，保溫時間為1-20小時，得合成材料；6)將上述合成材料經(jīng)150目篩過篩后得到最終產(chǎn)品尖晶石Li4Ti5O1215
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鋰工業(yè)合成方法，其特征在于所述鋰鹽為碳酸鋰、氫氧 化鋰、硝酸鋰和乙酸鋰中的一種或多種混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦酸鋰工業(yè)合成方法，其特征在于所述二氧化鈦選用結(jié)構(gòu) 為銳鈦型或金紅石型中的一種或兩種混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦酸鋰工業(yè)合成方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑為甲醇、無 水乙醇、丙酮或檸檬酸中的一種或多種混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦酸鋰工業(yè)合成方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑預(yù)處理是 按固液相質(zhì)量比1 1將鋰鹽和二氧化鈦放入有機(jī)溶劑中浸泡0.5-3小時，而后攪拌0.5-5 小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦酸鋰工業(yè)合成方法，其特征在于所述分散方式包括 100-400目的超聲波振動篩、標(biāo)準(zhǔn)振動篩或攪拌機(jī)中的一種。
全文摘要
本發(fā)明鈦酸鋰工業(yè)合成方法，其具體步驟如下將鋰鹽和二氧化鈦分別用有機(jī)溶劑預(yù)處理；按鋰鈦摩爾比為0.7-0.9的比例配料并以分散方式混料分散后得前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入馬弗爐加熱處理，加熱溫度500-700℃，加熱時間1-12小時；自然冷卻至室溫后，粉碎處理；再次高溫處理，溫度為500-1200℃，保溫時間為1-20小時，得合成材料；經(jīng)150目篩過篩后得到最終產(chǎn)品尖晶石Li4Ti5O12。本發(fā)明鈦酸鋰工業(yè)合成方法，所用原料來源廣泛、價格低廉，采用有機(jī)溶劑預(yù)處理，可去除原料表面的保護(hù)膜，過篩干燥后混合，可避免原料發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，混料不均，對設(shè)備要求低，制備工藝簡單，非常適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C01G23/00GK102050483SQ20101023645
公開日2011年5月11日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者丁小年, 劉建紅, 吳寧寧, 王興勤, 王昕 , 王雅和 申請人:中信國安盟固利動力科技有限公司