专利名称：一种尖晶石结构固溶体Li<sub>1+x</sub>Ti<sub>2</sub>O<sub>4</sub>的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种尖晶石结构固溶体Li1+xTi204 (0彡χ彡1)的制备方法，特别是指采用炭黑作为还原剂一步固相反应合成具有脱嵌锂特性的尖晶石结构固溶体Li1+xTi204的方法。
背景技术：
Li1+xTi204 (0彡χ彡1)是一种具有可逆嵌锂特性的尖晶石结构固溶体，其电子导电性好，可用作高性能锂离子电池负极材料。迄今为止，报道过的Li1+xTi204固溶体合成方法主要有以Ti203、Li2Ti2O5^ Li2TiO3^ Ti等为原料的固相反法，以LiTi2O4为阴极的电化学嵌锂法，以及以LiTi2O4和正丁基锂为原料的常温化学反应法。本发明人曾发明了碳热还原一步固相反应合成LiTi2O4新方法。但目前还未见到以炭黑、二氧化钛、碳酸锂为原料一步固相反应合成尖晶石结构固溶体Li1+xTi204的研究和报道。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种制备尖晶石结构固溶体Li1+xTi204 (0彡χ彡1)的方法。本发明解决技术问题所采用的技术方案是以廉价易得的炭黑、二氧化钛和碳酸锂为原料，三者在一定温度下发生氧化还原反应，一步合成尖晶石结构固溶体Li1+xTi204。其化学反应方程式为(1+x) /2Li2C03+2Ti02+(l+x) C = Li1+xTi204+3 (1+x) /2C0 具体步骤为按原子比Li Ti C= (1.0 2.0) 2 (0. 50 1. 0)分别称取分析纯碳酸锂、二氧化钛和炭黑，研磨lOmin，使原料充分混合，将混合物盛于瓷皿或刚玉舟中，置于管式炉或真空炉内，控制氩气流量为20L/h 200L/h或真空度为10-1 ，在700 1300°C 焙烧1 48h，自然降低温度至常温，取出反应产物，在氩气保护下研磨30min，得到粒度为 0. 5 μ m 5 μ m的尖晶石结构固溶体Li1+xTi204粉末，其中O < χ彡1。本方法采用炭黑在高温下将Ti+4还原为Ti+3，避免使用较难制备的Ti2O3、价格较贵的钛粉和正丁基锂作为还原剂。合成产物主要为尖晶石结构固溶体Li1+xTi204，仅有含有少量反应不完全炭黑，但不影响其电化学性能；产物的电化学性能良好，比容量约为 130mAh/g。
图1为本发明实施例1制备产物的X-射线衍射(XRD)图谱。图2为本发明实施例1制备产物与金属锂组装成的模拟电池的循环伏安曲线(扫描速率为0. 5mV/s)。图3为本发明实施例1制备产物与金属锂组装成的模拟电池的恒电流充放电曲线(电流倍率为0. 2C)。
具体实施例方式实施例1 准确称取市售分析纯乙炔黑0.456g (灰分< 2% )、二氧化钛6.4566g、碳酸锂 2. 74Mg (碳酸锂> 97% )，用行星球磨机研磨lOmin，将混合物放入50mL瓷舟中，在通氩气的(氩气纯度彡99.996%，流量为20171!)管式炉中于750°C下焙烧4h，自然冷却至室温，然后取出焙烧产物并冷却至室温，用行星球磨机在氩气保护下研磨30min，得到粒度为 0. 5 μ m 5 μ m尖晶石结构钛酸锂Lk9Ti2O4粉末。X射线衍射仪测定结果表明产物主要为尖晶石结构(见附图1)；其模拟电池Lizli1-Ji2O4的循环伏安曲线中有一组氧化还原可逆峰，充放电平台电位平均约1. 60V(见附图2)，充放电容量为100 130mAh/g(见附图3)。实施例2:准确称取市售分析纯乙炔黑0. 16g (灰分< 2% )、二氧化钛2. 1522g (锐钛矿为主，二氧化钛彡99% )、碳酸锂0.9141g(碳酸锂彡97% )，用行星球磨机研磨lOmin，将混合物放入50mL的瓷舟中，在通氩气的(氩气纯度彡99. 996%，流量为20L/h)管式炉中于 800°C下焙烧12h，然后取出焙烧产物并自然冷却至室温，用行星球磨机在氩气保护下研磨 30min,得到粒度为0. 5 μ m 5 μ m尖晶石结构钛酸锂Li1.15Ti204粉末。X射线衍射仪测定结果、电化学性能测试结果与实施例1类同。充放电平台电位平均约1. 60V,比容量为100 130mAh/g。
权利要求
1. 一种尖晶石结构固溶体Li1+xTi204的制备方法，其特征在于具体步骤为 按原子比Li Ti C = (1.0 2.0) 2 (0. 50 1. 0)分别称取分析纯碳酸锂、 二氧化钛和炭黑，研磨lOmin，使原料充分混合，将混合物盛于瓷皿或刚玉舟中，置于管式炉或真空炉内，控制氩气流量为20L/h 200L/h或真空度为KT1Pa,在700 1300°C焙烧1 48h，自然降低温度至常温，取出反应产物，在氩气保护下研磨30min，得到粒度为0. 5 μ m 5μπι的尖晶石结构固溶体Li1+xTi204粉末，其中O < χ彡1。
全文摘要
本发明公开了一种尖晶石结构固溶体Li1+xTi2O4(0＜x≤1)的制备方法。按原子比Li∶Ti∶C＝(1.0～2.0)∶2∶(0.50～1.0)分别称取分析纯碳酸锂、二氧化钛和炭黑，研磨10min，使原料充分混合，将混合物盛于瓷皿或刚玉舟中，置于管式炉或真空炉内，控制氩气流量为20L/h～200L/h或真空度为10-1Pa，在700～1300℃焙烧1～48h，自然降低温度至常温，取出反应产物，在氩气保护下研磨30min，得到粒度为0.5μm～5μm的尖晶石结构固溶体Li1+xTi2O4粉末，其中0＜x≤1。本发明工艺流程简单，焙烧温度低，反应时间短，产物电化学性能优良，可用作锂离子电池和超级电容器电极材料，具有较大的实用价值。
文档编号C01G23/00GK102408126SQ20111024135
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月20日 优先权日2011年8月20日
发明者李丹, 李蕾, 杨建文, 杨正晓, 石阳, 邓型深 申请人:桂林理工大学