专利名称：钛酸锂工业合成方法
技术领域：
本发明涉及锂电池关键材料生产技术，特别涉及一种钛酸锂工业合成方法。
背景技术：
“零应变”材料锂钛复合氧化物Li4Ti5O12在锂离子嵌入一脱出的过程中，晶体结 构能够保持高度的稳定性，是其具有优良的循环性能和平稳的放电特性，且具有较高的 电极电压，从而避免了电解液分解现象，也能够避免保护膜的生成，安全性能良好，同时 LI4Ti5O12的原料来源比较丰富，因此Li4Ti5O12F失为一种比较理想的能代替碳的锂离子电 池负极材料。Li4Ti5O12I业化应用的主要方法是固相法，其缺点是混合均勻度不够，需要长时 间的高温处理，能耗大。也有采用湿法球磨混料，试图解决混料不均的问题，但对设备要求 高，工艺复杂。
发明内容
为提高混料均勻度，克服上述缺陷，本发明提供一种钛酸锂工业合成方法。本发明钛酸锂工业合成方法，包括混料、高温处理、粉碎过筛工序，其具体步骤如 下1)将锂盐和二氧化钛分别用有机溶剂预处理；2)将处理过的锂盐和二氧化钛按锂钛摩尔比为0. 7-0. 9的比例配料并以分散方 式混料分散后得前驱体；3)将前驱体放入马弗炉加热处理，加热温度500-700°C，加热时间1_12小时；4)加热产物自然冷却至室温后，粉碎处理；5)粉碎物再次高温处理，温度为500-1200°C，保温时间为1_20小时，得合成材 料；6)将上述合成材料经150目筛过筛后得到最终产品尖晶石Li4Ti5O1215所述锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和乙酸锂中的一种或多种混合物。所述二氧化钛选用结构为锐钛型或金红石型中的一种或两种混合物。所述有机溶剂为甲醇、无水乙醇、丙酮或柠檬酸中的一种或多种混合物。所述有机溶剂预处理是按固液相质量比1 1将锂盐和二氧化钛放入有机溶剂中 浸泡0. 5-3小时，而后搅拌0. 5-5小时。所述分散方式包括100-400目的超声波振动筛、标准振动筛或搅拌机中的一种。本发明钛酸锂工业合成方法，所用原料来源广泛、价格低廉，采用有机溶剂预处 理，可去除原料表面的保护膜，过筛干燥后混合，可避免原料发生团聚现象，混料不均，对设 备要求的，制备工艺简单，非常适合工业化规模生产。
图1是本发明钛酸锂工业合成方法合成尖晶石Li4Ti5O12材料的SEM图；图2是合成尖晶石Li4Ti5O12材料的与标准图谱的XRD比较图；图3是合成尖晶石Li4Ti5O12材料的循环放电图；图4是合成尖晶石Li4Ti5O12材料的首次充放电电压曲线图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明钛酸锂工业合成方法作更详尽的说明。实施例一选用碳酸锂、锐钛型二氧化钛为原料，分别取一部分置于不同的烧杯中，加入同等 重量的甲醇浸泡2小时，搅拌3小时，过筛干燥后按锂与钛的摩尔比为0. 81称取原料进行 配料，并采用标准振动筛混料，分散后得前驱体。将前驱体在空气气氛下放入马弗炉，在600°C温度下，高温处理4小时，冷却后粉 碎过150目筛，再在500°C温度下保温4小时，然后升温到850°C保温12小时，再降温到 600°C保温1小时，最后降温至室温得钛酸锂Li4Ti5O12样品。经电子显微镜(SEM)观察，物 料颗粒均勻、细小，经X-射线粉末衍射(XRD)测试后为单一尖晶石结构，粒度分析颗粒D50 为 6. 58um。将合成的Li4Ti5O12乙炔黑和导电石墨混合物、粘接剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量 比90 4 6混合均勻，涂在铝箔上，干燥后裁剪成极片。将电解质LiPF6盐溶解于体积比 为1 1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为 lmol/L,以金属锂为对电极，在氩气箱中组装成扣式电池，进行电化学性能测试。充放电首次 为0. 2C，二次以后为1. 0C,电压范围为0. 8-2. 5V，首次比容量为122mAh/g，材料的性能优越。实施例二 选用氢氧化锂、锐钛型二氧化钛为原料，分别取一部分置于不同的烧杯中，加入同 等重量的无水乙醇浸泡1小时，搅拌1小时，过筛干燥后按锂与钛的摩尔比为0. 8称取原料 进行配料，并采用标准振动筛混料，分散后得前驱体。将前驱体在空气气氛下放入马弗炉，在600°C温度下，高温处理4小时，冷却后粉 碎过150目筛，再在500°C温度下保温4小时，然后升温到850°C保温12小时，再降温到 600°C保温1小时，最后降温至室温得钛酸锂Li4Ti5O12样品。经电子显微镜(SEM)观察，物 料颗粒均勻、细小，经X-射线粉末衍射(XRD)测试后为单一尖晶石结构，粒度分析颗粒D50 为 8. 645um。将合成的Li4Ti5O12、乙炔黑和导电石墨混合物、粘接剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质 量比90 4 6混合均勻，涂在铝箔上，干燥后裁剪成极片。将电解质LiPF6盐溶解于体 积比为1 1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的 浓度为lmol/L，以金属锂为对电极，在氩气箱中组装成扣式电池，进行电化学性能测试。充 放电首次为0. 2C，二次以后为1. 0C,电压范围为0. 8-2. 5V，首次比容量为158mAh/g，材料的 性能优越。实施例三选用碳酸锂、锐钛型二氧化钛为原料，分别取一部分置于不同的烧杯中，加入同等重量的丙酮浸泡1小时，搅拌2小时，过筛干燥后按锂与钛的摩尔比为0. 82称取原料进行 配料，并采用标准振动筛混料，分散后得前驱体。将前驱体在空气气氛下放入马弗炉，在600°C温度下，高温处理4小时，冷却后粉 碎过150目筛，再在500°C温度下保温4小时，然后升温到850°C保温12小时，再降温到 600°C保温1小时，最后降温至室温得钛酸锂Li4Ti5O12样品。经电子显微镜(SEM)观察，物 料颗粒均勻、细小，经X-射线粉末衍射(XRD)测试后为单一尖晶石结构，粒度分析颗粒D50 为 5. 383um。将合成的Li4Ti5O12、乙炔黑和导电石墨混合物、粘接剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质 量比90 4 6混合均勻，涂在铝箔上，干燥后裁剪成极片。将电解质LiPF6盐溶解于体 积比为1 1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的 浓度为lmol/L，以金属锂为对电极，在氩气箱中组装成扣式电池，进行电化学性能测试。充 放电首次为0. 2C，二次以后为1. 0C,电压范围为0. 8-2. 5V，首次比容量为169mAh/g，材料的 性能优越，经100次循环后容量保持率为98%。
权利要求
1.一种钛酸锂工业合成方法，包括混料、高温处理、粉碎过筛工序，其特征在于所述 方法具体步骤如下1)将锂盐和二氧化钛分别用有机溶剂预处理；2)将处理过的锂盐和二氧化钛按锂钛摩尔比为0.7-0. 9的比例配料并以分散方式混 料分散后得前驱体；3)将前驱体放入马弗炉加热处理，加热温度500-700°C，加热时间1-12小时；4)加热产物自然冷却至室温后，粉碎处理；5)粉碎物再次高温处理，温度为500-1200°C，保温时间为1-20小时，得合成材料；6)将上述合成材料经150目筛过筛后得到最终产品尖晶石Li4Ti5O1215
2.根据权利要求1所述的钛酸锂工业合成方法，其特征在于所述锂盐为碳酸锂、氢氧 化锂、硝酸锂和乙酸锂中的一种或多种混合物。
3.根据权利要求2所述的钛酸锂工业合成方法，其特征在于所述二氧化钛选用结构 为锐钛型或金红石型中的一种或两种混合物。
4.根据权利要求3所述的钛酸锂工业合成方法，其特征在于所述有机溶剂为甲醇、无 水乙醇、丙酮或柠檬酸中的一种或多种混合物。
5.根据权利要求4所述的钛酸锂工业合成方法，其特征在于所述有机溶剂预处理是 按固液相质量比1 1将锂盐和二氧化钛放入有机溶剂中浸泡0.5-3小时，而后搅拌0.5-5 小时。
6.根据权利要求5所述的钛酸锂工业合成方法，其特征在于所述分散方式包括 100-400目的超声波振动筛、标准振动筛或搅拌机中的一种。
全文摘要
本发明钛酸锂工业合成方法，其具体步骤如下将锂盐和二氧化钛分别用有机溶剂预处理；按锂钛摩尔比为0.7-0.9的比例配料并以分散方式混料分散后得前驱体；将前驱体放入马弗炉加热处理，加热温度500-700℃，加热时间1-12小时；自然冷却至室温后，粉碎处理；再次高温处理，温度为500-1200℃，保温时间为1-20小时，得合成材料；经150目筛过筛后得到最终产品尖晶石Li4Ti5O12。本发明钛酸锂工业合成方法，所用原料来源广泛、价格低廉，采用有机溶剂预处理，可去除原料表面的保护膜，过筛干燥后混合，可避免原料发生团聚现象，混料不均，对设备要求低，制备工艺简单，非常适合工业化规模生产。
文档编号C01G23/00GK102050483SQ20101023645
公开日2011年5月11日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者丁小年, 刘建红, 吴宁宁, 王兴勤, 王昕 , 王雅和 申请人:中信国安盟固利动力科技有限公司