[发明专利]一种尖晶石结构钛酸锂的制备方法

说明书

本发明提供了一种尖晶石结构钛酸锂的制备方法，包括如下步骤：1、取硫酸法钛白粉生产过程中的偏钛酸，用去离子水将偏钛酸制成浆料A；2、向浆料A中加入硫酸法金红石型钛白粉生产过程中广泛使用的煅烧晶种，所述煅烧晶种中的TiO₂与浆料A中TiO₂的质量比为2～20：100；搅拌均匀后，过滤、水洗至pH值大于1.8时停止水洗，滤饼加去离子水制成TiO₂的浓度为200～400g/L的浆料B；3、按照Li、Ti摩尔比为0.82～0.97的比例向浆料B中加入锂源，充分搅拌均匀制得浆料C；4、将浆料C送入回转窑中加热煅烧完成脱水、脱硫和晶型转化后制得尖晶石结构钛酸锂。本发明所用方法均为浆料过程，无需加热完成晶型转化前进行干法粉碎和研磨，能耗低；钛源价廉易得。

技术领域

本发明属于无机非金属材料的制备领域，特别涉及一种尖晶石结构钛酸锂的制备方法。

背景技术

钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为锂离子电池负极材料使用，具有如下突出的性能：尖晶石结构的钛酸锂由于其在嵌脱锂过程中晶格常数几乎不发生变化，被称为“零应变”材料；其理论嵌锂电位为1.55V((VS.Li⁺/Li)，虽然钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)的平台电位较高，但是其优势是保证它能够在有机电解液不发生分解的电位范围内进行充放电，不易形成SEI膜，也没有锂金属的析出，使得安全性大大提高；另外其理论比容量为175mAh/g，并有研究表明其最高理论比容量可达293mAh/g，振实密度远高于石墨电极，因此其相同体积情况下亦能保证高的容量。因此，钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为负极材料具有“零应变”、安全性高、充放电性能好、循环性能优良、理论容量高、振实密度大、充放电电压平台稳定等优点，作为锂离子动力电池负极材料，有望解决锂离子电池的快速充电性能和安全性能，具有良好发展和应用前景。

尖晶石结构钛酸锂的制备方法有：固相合成法、溶胶—凝胶法、水热法、共沉淀法。固相合成法，其原理和工艺都比较简单，易于实现量产，通常以TiO₂、Li₂CO₃或LiOH·H₂O为原料，在800～1000℃烧结12～24h得到Li₄Ti₅O₁₂，但原料Li₂CO₃或LiOH·H₂O需过量20％以上以弥补烧结过程中锂的损失部分，锂化合物消耗高且粒子易烧结；溶胶～凝胶法，多采用价格较高的有机溶剂为原料，可以合成粒度均匀的高性能纳米粉末，单工序较为复杂，有机物在烧结过程中产生大量的CO₂气体，干燥收缩也大；水热法，钛酸锂为立方结构，且为非计量化合物，设备要求高，技术难度大，安全性能差，不利于工业化生产；共沉淀法，在沉淀制备粉末过程中从共沉淀、晶粒长大到沉淀的漂洗、干燥、煅烧的每一个阶段均可能导致颗粒长大及团聚体的形成。

目前钛酸锂的生产由于现有工艺的限制，产品能耗高、昂贵的含锂原料利用效率低并且粒子的生成状态难控制导致合格率低等问题，造成钛酸锂的价格高居不下，从而难以大规模生产和推广应用。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种使用价廉易得的偏钛酸加入煅烧晶种(金红石晶种)后与锂源直接以浆料的形式混合、经煅烧去除水分、完成晶型转化后得到尖晶石晶体完整的钛酸锂。偏钛酸中煅烧晶种(金红石晶种)的加入，起到缩短煅烧时间、减少粒子烧结和克服偏钛酸直接作为钛源使用时振实密度低的缺点。