专利名称：一种掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及尖晶石型钛酸锂及其制备方法，特别是一种掺镍的尖晶石型钛酸锂粉 体材料及其制备方法。
背景技术：
目前市场上所用锂离子电池，基本都是以碳材料为负极，但是碳材料为负极在实 际应用中还有一些难以克服的弱点，例如，碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池 过充电时，碳电极表面易析出金属锂，从而可能会形成锂枝晶而引起短路，进而导致电池爆 炸。为了解决锂电池的安全问题，人们做了大量的研究。近年来，尖晶石型钛酸锂Li4Ti5O12作为“零应变”材料的锂钛复合氧化物逐渐成为 研究的热点。若以钛酸锂替代碳作为锂离子电池负极材料，由于钛酸锂/锂具有相对较高 的电极电位(1.55V)，抑制了锂在负极上析出，从根本上解决了锂晶枝引起的短路问题，提 高了锂电的安全性；在锂离子嵌入脱出的过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，而使其 具有优良的循环性能和平稳的放电电压；Li4Ti5O12在常温下的化学扩散系数比碳负极材料 高1个数量级，充放电速度很快。总之，以钛酸锂替代碳作为锂离子电池负极材料，锂离子 电池则会表现出优异的安全性能和倍率性能。经过对现有技术的检索发现，研究人员多通过掺杂的方式来提高和改善钛酸 锂(Li4Ti5O12)的性能。如专利CN101151747A就是通过掺杂Al来改善钛酸锂性能；专利 CNlOl 151746A介绍了一种含有Mg钛酸锂的制备方法。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料，作为制备高性 能锂离子电池负极材料的原料。本发明的目的之二在于提供该钛酸锂的制备方法。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料，其特征在于该材料的化学式为 Li4Ti5_yNiy012，式中 0 < y 彡 0. 5。上述的钛酸锂粉体材料的粒径为300nm 500nm。一种制备上述的掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料的方法，其特征在于该方法的具 体步骤为a.将粉碎后的锂盐或锂碱和镍盐或镍碱均勻分散在分散剂中；b.按照钛酸丁酯+镍盐或镍碱锂盐或锂碱为5 3.5 5 4. 5的摩尔比，将 用乙醇稀释的钛酸丁酯的加入到步骤a所得的溶液中，钛酸丁酯水解得到的TiO (OH) 2凝胶 均勻包覆在锂源和镍源混合粉体表面，然后将该混合物干燥；c.将步骤b所得混合物研磨后再700°C 900°C温度下煅烧6 10小时，冷却至 室温后进行粉碎研磨，制成掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料。
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上述的分散剂为水或水和乙醇按4 1 1 4的体积比的混合溶液。上述的锂盐或锂碱为碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、乙酸锂等。上述的镍盐或镍碱为碳酸镍、氢氧化镍、硝酸镍、硫酸镍等。上述的将用乙醇稀释的钛酸丁酯的加入到步骤a所得的溶液中的方法为一次性 加入、滴加或先滴加用乙醇稀释的钛酸丁酯的5% 20%后静置10 30min，让后一次性加 入。与现有钛酸锂的制备方法相比，本发明方法降低了反应温度、缩短了反应时间、制 备工艺简单，制备周期短，并且制得的含镍尖晶石型钛酸锂具有良好性能，市场前景广阔。
图1为本发明方法制备掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料XRD图。图2为本发明方法制备掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料粒度分析图。图3为本发明方法制备掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料充放电曲线图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。实施例11)按Li4Ti5O12分子式称量各原料，通过超声分散的方法将2. OOOg碳酸锂均勻分 散至200ml水和无水乙醇的分散剂中，其中水和乙醇的比例为4 1(体积比)；2)按照Ti Li为5 4的摩尔比量取钛酸丁酯20. 7ml，用20ml无水乙醇稀释后， 以5ml/min的速度滴加到分散有碳酸锂的乙醇水溶液中；滴加完成后继续超声分散30min， 经抽滤干燥研磨脱水后得到表面包覆有TiO2的碳酸锂粉末；3)将该混合粉体，置入马弗炉中900°C煅烧6小时，随炉冷却至室温，经研磨后过 200目筛，得到最终产物Li4Ti5O12粉末。实施例21)按Li4Ti475Nia25O12分子式称量各原料，通过超声分散的方法将2. OOOg碳酸锂 和0. 282g氢氧化镍均勻分散至200ml水和无水乙醇的分散剂中，其中水和乙醇的比例为 3 1(体积比)；2)按照Ti+Ni Li为5 4. 2的摩尔比量取钛酸丁酯19. 7ml，用20ml无水乙醇 稀释后，以5ml/min的速度滴加到分散有碳酸锂和氢氧化镍的乙醇水溶液中；滴加完成后 继续超声分散30min，经抽滤干燥研磨脱水后得到表面包覆有TiO2的碳酸锂和氢氧化镍的 粉末；3)将该混合粉体，置入马弗炉中800°C煅烧8小时，随炉冷却至室温，经研磨后过 200目筛，得到最终产物Li4Ti475Nia25O12粉末。实施例31)按Li4Ti45Nia5O12分子式称量各原料，通过超声分散的方法将2. OOOg碳酸锂 和0. 565g氢氧化镍均勻分散至200ml水和无水乙醇的分散剂中，其中水和乙醇的比例为2 1(体积比)；2)按照Ti Li为5 4.4的摩尔比量取钛酸丁酯18. 6ml，用20ml无水乙醇稀 释后，以5ml/min的速度滴加到分散有碳酸锂和氢氧化镍的乙醇水溶液中；滴加完成后继 续超声分散30min，经抽滤干燥研磨脱水后得到表面包覆有TiO2的碳酸锂和氢氧化镍的粉 末；3)将该混合粉体，置入马弗炉中700°C煅烧10小时，随炉冷却至室温，经研磨后过 200目筛，得到最终产物Li4Ti45Nia5O12粉末。
权利要求
一种掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料，其特征在于该材料的化学式为Li4Ti5 yNiyO12，式中0＜y≤0.5。
2.根据权利要求1所述的掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料，其特征在于所述的钛酸锂 粉体材料的粒径为300nm 500nm。
3.一种制备根据权利要求1所述的掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料的方法，其特征在 于该方法的具体步骤为a.将粉碎后的锂盐或锂碱和镍盐或镍碱均勻分散在分散剂中；b.按照钛酸丁酯+镍盐或镍碱锂盐或锂碱为5 3. 5 5 4.5的摩尔比，将用乙 醇稀释的钛酸丁酯的加入到步骤a所得的溶液中，并使钛酸丁酯水解得到的TiO(OH)2凝胶 均勻包覆在锂源和镍源混合粉体表面，然后将该混合物干燥；c.将步骤b所得混合物研磨后再700°C 900°C温度下煅烧6 10小时，冷却至室温 后进行粉碎研磨，制成掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的分散剂为水或水和乙醇按 4 1 1 4的体积比的混合溶液。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的锂盐或锂碱为碳酸锂、氢氧化 锂、草酸锂、乙酸锂等。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的镍盐或镍碱为碳酸镍、氢氧化 镍、硝酸镍、硫酸镍等。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的将用乙醇稀释的钛酸丁酯的 加入到步骤a所得的溶液中的方法为一次性加入、滴加或先滴加用乙醇稀释的钛酸丁酯的 5% 20%后静置10 30min，然后一次性加入。
全文摘要
本发明涉及一种掺镍的尖晶石型钛酸锂粉体材料及其制备方法。该材料的化学式为Li4Ti5-yNiyO12，式中0＜y≤0.5。本发明方法降低了反应温度、缩短了反应时间、制备工艺简单，制备周期短，并且制得的含镍尖晶石型钛酸锂具有良好性能，市场前景广阔。
文档编号C01G23/00GK101920988SQ20101020117
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月12日 优先权日2010年6月12日
发明者何丹农, 汪保国, 王丹, 金彩虹 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司