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(wú)機(jī)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(fù)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(shí)體積變化小,是一種良好的負(fù)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(huì)導(dǎo)致容量衰減,為解決這些問(wèn)題人們正在開發(fā)新的負(fù)極材料,Li4Ti5O12就是一種循環(huán)性能好、有很好的充放電平臺(tái)、理論比容量較大(實(shí)際比容量可達(dá)165mAh/g)、不與電解液反應(yīng)的和零應(yīng)變的新型負(fù)極材料。但是,目前工藝制備的Li4Ti5O12負(fù)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(diǎn),迄今為止只能在有限的范圍內(nèi)使用。在制備鈦酸鋰(Li4Ti5O12)負(fù)極材料的過(guò)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(shí)希望該基礎(chǔ)材料及其制備方法在其他領(lǐng)域(包括負(fù)極材料)具有應(yīng)用價(jià)值,在檢索國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn),沒(méi)有查到關(guān)于鈦酸鋰(Li4Ti5O12)晶須的研究報(bào)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(jià)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(guò)球磨并過(guò)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(shí),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(jìn)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(shí),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(guò)2小時(shí)的球磨混和,采用重量法測(cè)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(shí)。
(4)將上述物料過(guò)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(shí),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(zhǔn)確稱量。
上述步驟(3)和(4)是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)建立的。
圖1是通過(guò)后面將敘述的實(shí)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(guò)后面將敘述的實(shí)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(zhǎng)度約為7μm。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)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(jìn)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(shí),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(guò)2小時(shí)的球磨混和,采用重量法測(cè)定TiO2含量,待用;稱取烘干并測(cè)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(shí);過(guò)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(shí),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(cè)試分析結(jié)果已在前面作了敘述。
實(shí)施例2本實(shí)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(jìn)行稱取在實(shí)施例1中處理并測(cè)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(shí);過(guò)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(shí),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(guò)測(cè)試分析晶須的平均直徑≤0.5μm,晶須的平均長(zhǎng)度約為7μm。
實(shí)施例3本實(shí)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(jìn)行稱取在實(shí)施例1中處理并測(cè)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(shí);過(guò)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(shí),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(guò)測(cè)試分析晶須的平均直徑≤0.5μm,晶須的平均長(zhǎng)度約為7μm。
實(shí)施例4本實(shí)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(jìn)行稱取在實(shí)施例1中處理并測(cè)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(shí);過(guò)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(shí),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(guò)測(cè)試分析晶須的平均直徑≤0.5μm,晶須的平均長(zhǎng)度約為7μm。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鋰晶須的制備方法,其特征在于,以廉價(jià)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(guò)球磨并過(guò)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(shí),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(shí),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(guò)2小時(shí)的球磨混和,采用重量法測(cè)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(guò)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(shí)。
全文摘要
一種具有尖晶石型結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Li
文檔編號(hào)C30B29/62GK1995490SQ20061002247
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者鄧昭平, 夏新蕊, 王鵬威, 陳健利 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)