專利名稱:鈦酸鋰晶須的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機非金屬材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須的制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池的正極材料一般采用的是LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，而負極材料目前主要采用的是嵌鋰碳層間化合物L(fēng)ixC6。嵌鋰碳層間材料具有良好的可充電性能，鋰嵌入時體積變化小，是一種良好的負極材料并早已在工業(yè)中應(yīng)用，但比容量較低(LixC6為372mAh/g)，而且碳材料的解體會導(dǎo)致容量衰減，為解決這些問題人們正在開發(fā)新的負極材料，Li4Ti5O12就是一種循環(huán)性能好、有很好的充放電平臺、理論比容量較大(實際比容量可達165mAh/g)、不與電解液反應(yīng)的和零應(yīng)變的新型負極材料。但是，目前工藝制備的Li4Ti5O12負極材料仍然存在著導(dǎo)電性差和大電流充放電性能差、密度低和難構(gòu)成高電壓電池等缺點，迄今為止只能在有限的范圍內(nèi)使用。在制備鈦酸鋰(Li4Ti5O12)負極材料的過程中，我們發(fā)現(xiàn)一種制備具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須材料的方法，因此本發(fā)明在此試圖提供一種新型Li4Ti5O12基礎(chǔ)材料的制備方法，同時希望該基礎(chǔ)材料及其制備方法在其他領(lǐng)域(包括負極材料)具有應(yīng)用價值，在檢索國內(nèi)外文獻，沒有查到關(guān)于鈦酸鋰(Li4Ti5O12)晶須的研究報道。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須的制備方法，即以廉價的偏鈦酸和碳酸鋰為主要原料，用去離子水洗除偏鈦酸中的Na+及SO42-等有害離子，按Li4Ti5O12化學(xué)式中的摩爾比例，稱取烘干后的偏鈦酸和碳酸鋰，經(jīng)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，即得到一種具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須材料。
本發(fā)明的制備方法按以下步驟進行(1)在偏鈦酸中加入氫氧化鈉溶液，加熱至沸騰并攪拌5小時，用2.5倍物料體積去離子水洗滌至Na+及SO42-的含量≤0.003％(質(zhì)量百分含量)，去除Na+及SO42有害離子。
(2)將去除Na+及SO42有害離子的偏鈦酸烘干，使其中的自由水水分≤10％，經(jīng)過2小時的球磨混和，采用重量法測定TiO2含量。
(3)按Li4Ti5O12化學(xué)式中的摩爾比例，即偏鈦酸中TiO2凈重量∶碳酸鋰等于100∶37，稱取烘干后的偏鈦酸和碳酸鋰，并加入約1～2.5倍物料體積去離子水，球磨約4～5小時。
(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，即得到具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須材料。主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下2Li2CO3+5TiO(OH)2＝Li4Ti5O12+2CO2+5H2O (1)上述步驟(1)的目的是除去Na+及SO42-等有害離子。
上述步驟(2)的主要目的是保證TiO2能夠準確稱量。
上述步驟(3)和(4)是在實驗的基礎(chǔ)建立的。
圖1是通過后面將敘述的實施例1獲得樣品的XRD衍射圖，由圖可知，樣品是尖晶石晶型的Li4Ti5O12。
圖2是通過后面將敘述的實施例1獲得樣品的掃描電子顯微鏡SEM照片，由照片可知，晶須的平均直徑≤0.5μm，晶須的平均長度約為7μm。
具體實施方式實施例1本實施例中的具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須材料的制備方法按以下步驟進行在偏鈦酸中加入氫氧化鈉溶液，加熱至沸騰并攪拌5小時，用2.5倍物料體積去離子水洗滌至Na+及SO42-的含量≤0.003％(質(zhì)量百分含量)，去除Na+及SO42有害離子；將去除Na+及SO42-偏鈦酸烘干，使其中的自由水水分≤10％，經(jīng)過2小時的球磨混和，采用重量法測定TiO2含量，待用；稱取烘干并測定含量了的偏鈦酸并使其中純TiO2為100克，稱取碳酸鋰37克，并加入約1倍物料體積去離子水，球磨約4小時；過濾去掉大量水分；再置于箱式電爐中，以10℃/分鐘的升溫速率從室溫升溫到980℃的煅燒并恒溫4.5小時，自然冷卻后，即得到具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須材料，測試分析結(jié)果已在前面作了敘述。
實施例2本實施例中的具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須材料的制備方法按以下步驟進行稱取在實施例1中處理并測定含量了的偏鈦酸并使其中純TiO2為100克，稱取碳酸鋰37克，并加入約1.5倍物料體積去離子水，球磨約4.5小時；過濾去掉大量水分；再置于箱式電爐中，以10℃/分鐘的升溫速率從室溫升溫到1000℃的煅燒并恒溫5小時，自然冷卻后，即得到含部分晶須的尖晶石型鈦酸鋰Li4Ti5O12。經(jīng)過測試分析晶須的平均直徑≤0.5μm，晶須的平均長度約為7μm。
實施例3本實施例中的具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須材料的制備方法按以下步驟進行稱取在實施例1中處理并測定含量了的偏鈦酸并使其中純TiO2為100克，稱取碳酸鋰37克，并加入約2.5倍物料體積去離子水，球磨約5小時；過濾去掉大量水分；再置于箱式電爐中，以10℃/分鐘的升溫速率從室溫升溫到1050℃的煅燒并恒溫10小時，自然冷卻后，即得到含部分晶須的尖晶石型鈦酸鋰Li4Ti5O12。經(jīng)過測試分析晶須的平均直徑≤0.5μm，晶須的平均長度約為7μm。
實施例4本實施例中的具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須材料的制備方法按以下步驟進行稱取在實施例1中處理并測定含量了的偏鈦酸并使其中純TiO2為100克，稱取碳酸鋰37克，并加入約2.3倍物料體積去離子水，球磨約4.7小時；過濾去掉大量水分；再置于箱式電爐中，以10℃/分鐘的升溫速率從室溫升溫到1020℃的煅燒并恒溫8小時，自然冷卻后，即得到含部分晶須的尖晶石型鈦酸鋰Li4Ti5O12。經(jīng)過測試分析晶須的平均直徑≤0.5μm，晶須的平均長度約為7μm。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鋰晶須的制備方法方法，其特征在于，以廉價的偏鈦酸和碳酸鋰為主要原料，用去離子水洗除偏鈦酸中的Na+及SO42-有害離子，按Li4Ti5O12化學(xué)式中的摩爾比例，稱取烘干后的偏鈦酸和碳酸鋰，經(jīng)過球磨并過濾去掉大量水分后，置于箱式電爐中，升溫到980℃-1050℃的煅燒范圍并恒溫4.5～10小時，自然冷卻后，即得到一種具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須；
2.如權(quán)利要求
1所述的制備鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須的方法，其特征在于，在偏鈦酸中加入氫氧化鈉溶液，加熱至沸騰并攪拌5小時，用2.5倍物料體積去離子水洗滌至Na+及SO42-的含量≤0.003％(質(zhì)量百分含量)，去除Na+及SO42有害離子；
3.如權(quán)利要求
1所述的制備鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須的方法，其特征在于，將去除Na+及SO42有害離子的偏鈦酸烘干，使其中的自由水水分≤10％，經(jīng)過2小時的球磨混和，采用重量法測定TiO2含量；
4.如權(quán)利要求
1所述的制備鈦酸鋰Li4Ti5O12晶須的方法，其特征在于，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。
專利摘要
一種具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li
文檔編號C30B29/62GK1995490SQ200610022477
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月12日
發(fā)明者鄧昭平, 夏新蕊, 王鵬威, 陳健利 申請人:成都理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan