专利名称：一种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法
技术领域：
本发明涉及一种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，是溶胶沉淀液相合成的方法，属于电池材料制备技术领域。
背景技术：
目前商业化的锂离子电池负极材料大多采用各种碳材料，碳负极的电位与锂的标准电位很接近，电池过充电时，金属锂可能在碳电极表面析出形成枝晶而引发安全问题；快速充放电能力不强，不适合瞬间强电流的设备。尖晶石结构钛酸锂相对的锂电极电位I. 55V (Li/ Li+)，理论容量为175mAh/g。Li+的插入和脱嵌对材料的结构几乎没有影响，具有循环性能优良、放电电压平稳、嵌锂电位高而不易引起金属锂析出，能够在大多数液体电解质的稳定电压区间使用，库伦效率高、材料来源广、清洁环保等优良特性。具备了下一代锂离子电池必需的充电次数更多、充电过程更快、更安全等特性。此外，它还具有明显的充放电平台，平台容量可达放电容量的90 %以上，充放电结束时有明显的电压突变等特性。目前制备尖晶石结构钛酸锂的方法主要采用高温固相合成，此法的优点是工艺简单，易实现工业化，但由于反应物需要长时间混合且不易混合均匀，产品的粒径大、分布不均匀，形貌不规则，因此存在批次稳定性不足的问题；水热法和喷雾热解法可以直接合成尖晶石结构钛酸锂，也容易控制材料的形貌和粒径，但此二种方法对设备要求高，操作困难， 难以实现工业化。溶胶凝胶法制备的产品纯度高、均匀性好、热处理温度低，但该法生产周期长，且产量不高，也不易于工业化生产。因此，基于上述尖晶石结构钛酸锂制备技术的不足，本发明公布了溶胶沉淀一步法制备尖晶石结构钛酸锂细粉，原料价格低廉，工艺简单， 易于工业化生产，生产出来的微粉具有粒径小，粒度分布窄等优点。
发明内容
为了缓解现有技术的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，本发明实现了原材料在分子级水平均匀混合，所制备的粉体粒度小且分布窄，具有良好的电化学性能。且该法原料易得，价格低廉，工艺流程简单，操作方便，易于工业化生产。为了实现上述目的本发明采用如下技术方案
尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其特征在于包括以下步骤
(1)将钛源溶液加入到无水乙醇中形成黄色溶液，配成浓度为O.I 3mol/L，标定其浓度备用;
(2)取上述黄色溶液置于反应容器中，边搅拌边滴加水进去促其水解成淡蓝透明溶
胶；
(3)在步骤(2)溶液中按摩尔比LiTi=4 4. 5 5. O加入锂源溶液后，再加入强碱溶液生成白色的乳浊液，控制反应体系的碱液浓度在5 10 mol/L，在70 90°C热水浴和搅拌条件下陈化反应5 8h ;(4)将生成白色的乳浊液，经膜洗涤祛除杂质离子后进行喷雾干燥，得到钛酸锂的前驱
体；
(5)将该前驱体在空气气氛下700 900°C煅烧5 10h，即得尖晶石结构钛酸锂细粉。所述的尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其特征在于所述的步骤
(I)中的钛源为四氯化钛、钛酸四丁酯的一种或其混合物。所述的尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其特征在于所述的步骤
(3)中锂源为氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂的一种或其混合物。所述的尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其特征在于所述的步骤 (4 )中强碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾的一种或其混合物。本发明的有益效果
本发明实现了原材料在分子级水平均匀混合，所制备的粉体粒度小且分布窄，具有良好的电化学性能。且该法原料易得，价格低廉，工艺流程简单，操作方便，易于工业化生产。
图I为本发明所得的产品X—射线衍射图谱。图2为本发明所得产品的电池容量与电压的关系曲线图。
具体实施例方式实施例I :一种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其步骤为
(1)将四氯化钛溶液加入到无水乙醇中形成黄色溶液，配成浓度为O.lmol/L，标定其浓度备用;
(2)取出20L上述黄色溶液置于反应容器中，边搅拌边滴加水进去促其水解成淡蓝透明溶胶；
(3)按LiTi=4 4. 5 5. O (摩尔比)加入醋酸锂溶液后，再加入氢氧化钠强碱溶液生成白色的乳浊液，此时反应体系的碱液浓度控制在5 mol/L,在70°C热水浴和搅拌条件下陈化反应8h ；
(4)将生成白色的乳浊液，经膜洗涤祛除杂质离子后进行喷雾干燥，得到钛酸锂的前驱
体；
(5)将该前驱体在空气气氛下800°C煅烧6h即得目标产物尖晶石结构钛酸锂细粉。 从图I中可以看出，衍射峰尖锐，说明本实施例产品为单一的尖晶石结构钛酸锂物相，
且产物的结晶良好。本实施例产品O. 2C放电比容量为157. 5mAh/g
实施例2 :—种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其步骤为
(1)将四氯化钛溶液加入到无水乙醇中形成黄色溶液，配成浓度为O.5mol/L，标定其浓度备用;
(2)取出IOL上述黄色溶液置于反应容器中，边搅拌边滴加水进去促其水解成淡蓝透明溶胶；
(3)按LiTi=4 4. 5 5. O (摩尔比)加入硝酸锂溶液后，再加入强碱氢氧化钠溶液生成白色的乳浊液，此时反应体系的碱液浓度控制在7 mo I /L，在80°C热水浴和搅拌条件下陈化反应6h ；(4)将生成白色的乳浊液，经膜洗涤祛除杂质离子后进行喷雾干燥，得到钛酸锂的前驱
体；
(5)将该前驱体在空气气氛下850°C煅烧5h即得目标产物尖晶石结构钛酸锂细粉。本实施例产品O. 2C放电比容量为159mAh/g
实施例3 :—种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其步骤为
(1)将钛酸四丁酯溶液加入到无水乙醇中形成黄色溶液，配成浓度为lmol/L，标定其浓度备用;
(2)取出IOL上述黄色溶液置于反应容器中，边搅拌边滴加水进去促其水解成淡蓝透明溶胶；
(3)按LiTi=4 4. 5 5. O (摩尔比)加入氢氧化锂溶液后，再加入氢氧化钠强碱溶液生成白色的乳浊液，此时反应体系的碱液浓度控制在8 mol/L，在90°C热水浴和搅拌条件下陈化反应8h ；
(4)将生成白色的乳浊液，经膜洗涤祛除杂质离子后进行喷雾干燥，得到钛酸锂的前驱
体；
(5)将该前驱体在空气气氛下900°C煅烧8h即得目标产物尖晶石结构钛酸锂细粉。 本实施例产品O. 2C放电比容量为155mAh/g。
实施例4 :一种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其步骤为
(1)将四氯化钛溶液加入到无水乙醇中形成黄色溶液，配成浓度为3mol/L，标定其浓度备用;
(2)取出IOL上述黄色溶液置于反应容器中，边搅拌边滴加水进去促其水解成淡蓝透明溶胶；
(3)加入醋酸锂和硝酸锂混合溶液后，再加入氢氧化锂和氢氧化钠强碱混合溶液生成白色的乳浊液，此时整个反应体系按Li Ti=4 4. 5 5. O (摩尔比)来调整氢氧化锂和氢氧化钠加入量，整个反应体系碱液浓度控制在8 mol/L,在70°C热水浴和搅拌条件下陈化反应 8h ；
(4)将生成白色的乳浊液，经膜洗涤祛除杂质离子后进行喷雾干燥，得到钛酸锂的前驱
体；
(5)将该前驱体在空气气氛下800°C煅烧6h即得目标产物尖晶石结构钛酸锂细粉。 本实施例产品O. 2C放电比容量为156mAh/g。
实施例5 :—种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其步骤为
(1)将四氯化钛和钛酸四丁酯混合溶液加入到无水乙醇中形成黄色溶液，配成浓度为
O.5mol/L，标定其浓度备用；
(2)取出IOL上述黄色溶液置于反应容器中，边搅拌边滴加水进去促其水解成淡蓝透明溶胶；
(3)按Li:Ti=4:4.5 5.0 (摩尔比)加入醋酸锂溶液后，再加入氢氧化钾强碱溶液生成白色的乳浊液，此时反应体系的碱液浓度控制在8 mol/L,在70°C热水浴和搅拌条件下陈化反应8h ；(4)将生成白色的乳浊液，经膜洗涤祛除杂质离子后进行喷雾干燥，得到钛酸锂的前驱
体；
(5)将该前驱体在空气气氛下900°C煅烧7h即得目标产物尖晶石结构钛酸锂细粉。 本实施例产品O. 2C放电比容量为158. 5mAh/g。
权利要求
1.一种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)将钛源溶液加入到无水乙醇中形成黄色溶液，配成浓度为O.I 3mol/L，标定其浓度备用;(2)取上述黄色溶液置于反应容器中，边搅拌边滴加水进去促其水解成淡蓝透明溶胶；(3)在步骤(2)溶液中按摩尔比LiTi=4 4. 5 5. O加入锂源溶液后，再加入强碱溶液生成白色的乳浊液，控制反应体系的碱液浓度在5 10 mol/L，在70 90°C热水浴和搅拌条件下陈化反应5 8h ;(4)将生成白色的乳浊液，经膜洗涤祛除杂质离子后进行喷雾干燥，得到钛酸锂的前驱体；(5)将该前驱体在空气气氛下700 900°C煅烧5 10h，即得尖晶石结构钛酸锂细粉。
2.根据权利要求I所述的尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其特征在于 所述的步骤(I)中的钛源为四氯化钛、钛酸四丁酯的一种或其混合物。
3.根据权利要求I所述的尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其特征在于 所述的步骤(3)中锂源为氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂的一种或其混合物。
4.根据权利要求I所述的尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其特征在于 所述的步骤(4)中强碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾的一种或其混合物。
全文摘要
本发明公开了一种尖晶石结构钛酸锂细粉的溶胶沉淀制备方法，其步骤为将钛源溶液加入到无水乙醇中形成黄色溶液，加水促其水解成淡蓝透明溶胶，再加入锂源溶液和强碱溶液，生成白色的乳浊液，在70～90℃热水浴和搅拌条件下陈化反应5～8h，经膜洗涤祛除杂质离子后进行喷雾干燥，得到钛酸锂的前驱体，再在空气气氛下700～900℃煅烧即得尖晶石结构钛酸锂细粉。本发明实现了原材料在分子级水平均匀混合，所制备的粉体粒度小且分布窄，具有良好的电化学性能。且该法原料易得，价格低廉，工艺流程简单，操作方便，易于工业化生产。
文档编号C01G23/00GK102583512SQ201110369928
公开日2012年7月18日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者何学刚, 刘大军, 杨续来, 杨茂萍 申请人:合肥国轩高科动力能源有限公司