一种低温固相法制备晶须状钛酸锂(Li<sub>4</sub>Ti<sub>5</sub>O<sub>12</sub>)的方法

文档序号:7072565阅读:307来源:国知局
专利名称:一种低温固相法制备晶须状钛酸锂(Li<sub>4</sub>Ti<sub>5</sub>O<sub>12</sub>)的方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料的制备领域,具体涉及ー种低温固相法制备晶须状钛酸锂的方法。
背景技术
钛酸锂材料(Li4Ti5O12)作为锂离子电池的一种负极材料,是ー种“零应变材料”, 相比与已经商业化的碳材料,具有高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点,将作为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域。文献报道,钛酸锂的纳米化有助于提高其在高冲放电速率下的电容。我们知道,不同形貌的纳米材料与性能有着密切联系。国际纳米界大师Lieber认为ー维系统(如纳米管、纳米线)是可以作为电子和光激发态传递的最小维数结构,对实现纳米器件功能化和集成化非常重要,因此比ニ維和零维系统有趣、重要得多(Hu JT, Odomi'W, Lieber u\l Chemistry and physics in one dimension: synthesis ana propertiesof nanowires and nanotubes. [J] Accounts Chem. Res. , 1999,32(5): 435-445.)。石开究发现,具有一维形貌的Li4Ti5O12较颗粒状显示出了更加优异的性能(L. Cheng, J. Yan andY. Y. Xia.J. Mater. Chem. , 2010,20,595 - 602.)。然而,由于Li4Ti5O12属于立方晶系,在其晶体生长过程中,呈现出各向同性,因此很难获得晶须状Li4Ti5O12。因此,纳米Li4Ti5O12材料鲜有报道。其中夏等人(L. Cheng, J. Yan and Y. Y. Xia.J. Mater. Chem. , 2010,20,595 - 602.)利用巧妙的C包覆法,通过800度惰性气氛下的焙烧,制备出了一维纳米Li4Ti5O12与C的复合材料。此外,专利200610022477. 5披露的方法使用高温固相法能得到晶须状钛酸锂,但是制备过程中需要980度 1050度的高温处理。目前报道的固相法,几乎都涉及800度左右的高温焙烧,需要消耗大量能耗。氧化钛是固相法制备Li4Ti5O12的主要钛源,常见的有四种晶型,分别为锐钛型、金红石型、板钛型以及TiO2 (B)型,其中,TiO2 (B)具有相对疏松的开放式结构。本发明旨在提供ー种在相对低温(550度-650度)条件下,以TiO2 (B)晶须和锂盐作为原料制备晶须状钛酸锂的方法。以TiO2 (B)作为钛源制备钛酸锂Li4Ti5O12材料,尚属首例。

发明内容
本发明的目的是在现有技术的基础上,提供ー种低温固相法制备晶须状Li4Ti5O12的方法。本发明方法得到的产物是直径为5(T500nm,长径比为5 20的晶须状钛酸锂,所得到的钛酸锂具有尺寸易控、形貌均一等优点,该エ艺焙烧温度低,具有能耗低、适合エ业化应用等优点。实现本发明的目的采用以下技术方案
ー种低温固相法制备晶须状钛酸锂(Li4Ti5O12)的方法,其特征在于,以TiO2 (B)晶须与锂盐作为原料,包括以下步骤1)原料按Ti02/Li20=0.9 I. 25 1 (moI比)混合均匀;
2)将混合后的原料在20(T350°C下焙烧0.5飞小时,获得一次焙烧产物;
3)将一次焙烧产物在50(T650°C下焙烧2 10小时,获得二次焙烧产物;
4)将二次焙烧产物经过水洗,烘干后获得晶须状钛酸锂。
步骤I)中,原料混合后可先在60 100で真空脱水0. 5^2小时,并将脱水后的原料进行造粒。所述的锂盐优选自硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂或其水合物中的ー种或多种。所述的TiO2 (B)晶须,优选直径为5(T500nm,长径比为5 20。根据本发明方法,制得的晶须状Li4Ti5O12材料的直径为5(T500nm,长径比为5 20。本发明的有益效果包括
I、选用疏松的开放式结构TiO2 (B)晶须作为钛源,利于Li离子的嵌入,从而降低了烧结温度,节约了能耗,有利于规模化生产。2、本发明方法所得到的晶须状的Li4Ti5O12具有尺寸易控、形貌易控的优点。下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式
为限,而是由权利要求加以限定。


图I是实施例I所制备的晶须状的Li4Ti5O12的SEM Ca)以及XRD (b)图。图2是实施例2所制备的晶须状的Li4Ti5O12的SEM Ca)以及XRD (b)图。图3是对比例4所制备的Li4Ti5O12的SEM Ca)以及XRD (b)图。
具体实施例方式根据本发明的方法,以TiO2 (B)晶须作为钛源,通过低温固相法制备钛酸锂,这种方法得到的产物是直径为5(T500nm,长径比为5 20的晶须状Li4Ti5O12,且所得到的晶须状 钛酸锂具有尺寸易控、形貌均一等优点。实施例I
将TiO2 (B)晶须和LiOH,按Ti02/Li20=0.9 (mol比)配制,TiO2 (B)晶须的直径为50nnTl00nm,长径比为5 10,用高速搅拌机混合均匀;将混合后的原料TiO2 (B)和LiOH置于6(T10(TC的真空干燥箱中进行0. 5^2小时的脱水,将脱水后的原料进行造粒;造粒后的原料置于马弗炉中,在200°C下焙烧5小时,得一次焙烧产物;接着以5°C /分钟的升温速率,将温度升高至650°C,焙烧2小时,得白色疏松的二次焙烧产物;将二次焙烧产物经过水洗,烘干后获得直径约为50nnTl00nm,长径比为5 10的晶须状的Li4Ti5O1215实施例2、3
以TiO2 (B)晶须为钛源,TiO2 (B)晶须的直径为30(T500nm,长直比15 20 ;以ニ水醋酸锂为锂源,按与实施例I基本相同的方法制备钛酸锂,具体条件及产物特征见表I。对比例I
以TiO2 (B)晶须为钛源,TiO2 (B)晶须的直径为30(T500nm,长直比15 20 ;以氢氧化锂为锂源,按与实施例I基本相同的方法制备钛酸锂,不同在于第二次焙烧条件是在750°C下焙烧2小时,所制得的产物形貌特征见表I。对比例2 4
以锐钛型TiO2晶须为钛源,晶须的直径为30(T500nm,长直比15 20 ;以氢氧化锂为锂源,按与实施例I基本相同的方法制备钛酸锂,具体条件及产物特征见表I。表I其他实施例及对比例的条件及产物特征
权利要求
1.ー种低温固相法制备晶须状钛酸锂(Li4Ti5O12)的方法,其特征在于,以TiO2 (B)晶须与锂盐作为原料,包括以下步骤 1)原料按Ti02/Li20摩尔比=0.9 I. 25 1混合均匀; 2)将混合后的原料在20(T350°C下焙烧0.5飞小时,获得一次焙烧产物; 3)将一次焙烧产物在50(T650°C下焙烧2 10小时,获得二次焙烧产物; 4)将二次焙烧产物水洗,烘干后获得晶须状钛酸锂。
2.根据权利要求I所述的制备晶须状钛酸锂(Li4Ti5O12)的方法,其特征在于,所述的锂盐选自硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂或其水合物中的ー种或多种。
3.根据权利要求I所述的制备晶须状钛酸锂(Li4Ti5O12)的方法,其特征在于,所述的TiO2 (B)晶须的直径为5(T500nm,长径比为5 20。
4.根据权利要求I所述的制备晶须状钛酸锂(Li4Ti5O12)的方法,其特征在于,步骤I)中,原料混合后在60 100で真空脱水0. 5^2小时,并将脱水后的原料造粒。
5.根据权利要求I所述的制备晶须状钛酸锂(Li4Ti5O12)的方法,其特征在于,所述的晶须状钛酸锂的直径为5(T500nm,长径比为5 20。
全文摘要
本发明公开了一种低温固相法制备晶须状钛酸锂(Li4Ti5O12)的方法,以TiO2(B)晶须与锂盐作为原料,混合后分别在200~350℃和500~650℃下两次焙烧,二次焙烧产物水洗、烘干后获得晶须状钛酸锂。本发明方法首次使用TiO2(B)晶须作为合成Li4Ti5O12的钛源,得到的产物是直径为50~500nm,长径比为5~20的晶须状Li4Ti5O12,具有尺寸易控、形貌均一等特点,该工艺焙烧温度低,具有能耗低、适合工业化应用等优点。
文档编号H01M4/485GK102651470SQ20121006508
公开日2012年8月29日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者姚文俊, 施容华, 王昌松 申请人:常熟钰泰隆摩擦新材料科技有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1