专利名称：钛酸锂晶须的制备方法
技术领域：
本发明属于无机非金属材料的制备领域，特别涉及一种具有尖晶石型结构钛酸锂Li4Ti5O12晶须的制备方法。
背景技术：
锂离子电池的正极材料一般采用的是LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，而负极材料目前主要采用的是嵌锂碳层间化合物LixC6。嵌锂碳层间材料具有良好的可充电性能，锂嵌入时体积变化小，是一种良好的负极材料并早已在工业中应用，但比容量较低(LixC6为372mAh/g)，而且碳材料的解体会导致容量衰减，为解决这些问题人们正在开发新的负极材料，Li4Ti5O12就是一种循环性能好、有很好的充放电平台、理论比容量较大(实际比容量可达165mAh/g)、不与电解液反应的和零应变的新型负极材料。但是，目前工艺制备的Li4Ti5O12负极材料仍然存在着导电性差和大电流充放电性能差、密度低和难构成高电压电池等缺点，迄今为止只能在有限的范围内使用。在制备钛酸锂(Li4Ti5O12)负极材料的过程中，我们发现一种制备具有尖晶石型结构的钛酸锂Li4Ti5O12晶须材料的方法，因此本发明在此试图提供一种新型Li4Ti5O12基础材料的制备方法，同时希望该基础材料及其制备方法在其他领域(包括负极材料)具有应用价值，在检索国内外文献，没有查到关于钛酸锂(Li4Ti5O12)晶须的研究报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有尖晶石型结构钛酸锂Li4Ti5O12晶须的制备方法，即以廉价的偏钛酸和碳酸锂为主要原料，用去离子水洗除偏钛酸中的Na+及SO42-等有害离子，按Li4Ti5O12化学式中的摩尔比例，称取烘干后的偏钛酸和碳酸锂，经过球磨并过滤去掉大量水分后，置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到980℃-1050℃的煅烧范围并恒温4.5～10小时，自然冷却后，即得到一种具有尖晶石型结构钛酸锂Li4Ti5O12晶须材料。
本发明的制备方法按以下步骤进行(1)在偏钛酸中加入氢氧化钠溶液，加热至沸腾并搅拌5小时，用2.5倍物料体积去离子水洗涤至Na+及SO42-的含量≤0.003％(质量百分含量)，去除Na+及SO42有害离子。
(2)将去除Na+及SO42有害离子的偏钛酸烘干，使其中的自由水水分≤10％，经过2小时的球磨混和，采用重量法测定TiO2含量。
(3)按Li4Ti5O12化学式中的摩尔比例，即偏钛酸中TiO2净重量∶碳酸锂等于100∶37，称取烘干后的偏钛酸和碳酸锂，并加入约1～2.5倍物料体积去离子水，球磨约4～5小时。
(4)将上述物料过滤去掉大量水分后再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到980℃-1050℃的煅烧范围并恒温4.5～10小时，自然冷却后，即得到具有尖晶石型结构钛酸锂Li4Ti5O12晶须材料。主要化学反应方程式如下2Li2CO3+5TiO(OH)2＝Li4Ti5O12+2CO2+5H2O(1)上述步骤(1)的目的是除去Na+及SO42-等有害离子。
上述步骤(2)的主要目的是保证TiO2能够准确称量。
上述步骤(3)和(4)是在实验的基础建立的。
图1是通过后面将叙述的实施例1获得样品的XRD衍射图，由图可知，样品是尖晶石晶型的Li4Ti5O12。
图2是通过后面将叙述的实施例1获得样品的扫描电子显微镜SEM照片，由照片可知，晶须的平均直径≤0.5μm，晶须的平均长度约为7μm。
具体实施例方式
实施例1本实施例中的具有尖晶石型结构钛酸锂Li4Ti5O12晶须材料的制备方法按以下步骤进行在偏钛酸中加入氢氧化钠溶液，加热至沸腾并搅拌5小时，用2.5倍物料体积去离子水洗涤至Na+及SO42-的含量≤0.003％(质量百分含量)，去除Na+及SO42有害离子；将去除Na+及SO42-偏钛酸烘干，使其中的自由水水分≤10％，经过2小时的球磨混和，采用重量法测定TiO2含量，待用；称取烘干并测定含量了的偏钛酸并使其中纯TiO2为100克，称取碳酸锂37克，并加入约1倍物料体积去离子水，球磨约4小时；过滤去掉大量水分；再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到980℃的煅烧并恒温4.5小时，自然冷却后，即得到具有尖晶石型结构钛酸锂Li4Ti5O12晶须材料，测试分析结果已在前面作了叙述。
实施例2本实施例中的具有尖晶石型结构钛酸锂Li4Ti5O12晶须材料的制备方法按以下步骤进行称取在实施例1中处理并测定含量了的偏钛酸并使其中纯TiO2为100克，称取碳酸锂37克，并加入约1.5倍物料体积去离子水，球磨约4.5小时；过滤去掉大量水分；再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到1000℃的煅烧并恒温5小时，自然冷却后，即得到含部分晶须的尖晶石型钛酸锂Li4Ti5O12。经过测试分析晶须的平均直径≤0.5μm，晶须的平均长度约为7μm。
实施例3本实施例中的具有尖晶石型结构钛酸锂Li4Ti5O12晶须材料的制备方法按以下步骤进行称取在实施例1中处理并测定含量了的偏钛酸并使其中纯TiO2为100克，称取碳酸锂37克，并加入约2.5倍物料体积去离子水，球磨约5小时；过滤去掉大量水分；再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到1050℃的煅烧并恒温10小时，自然冷却后，即得到含部分晶须的尖晶石型钛酸锂Li4Ti5O12。经过测试分析晶须的平均直径≤0.5μm，晶须的平均长度约为7μm。
实施例4本实施例中的具有尖晶石型结构钛酸锂Li4Ti5O12晶须材料的制备方法按以下步骤进行称取在实施例1中处理并测定含量了的偏钛酸并使其中纯TiO2为100克，称取碳酸锂37克，并加入约2.3倍物料体积去离子水，球磨约4.7小时；过滤去掉大量水分；再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到1020℃的煅烧并恒温8小时，自然冷却后，即得到含部分晶须的尖晶石型钛酸锂Li4Ti5O12。经过测试分析晶须的平均直径≤0.5μm，晶须的平均长度约为7μm。
权利要求
1.一种钛酸锂晶须的制备方法，其特征在于，以廉价的偏钛酸和碳酸锂为主要原料，用去离子水洗除偏钛酸中的Na+及SO42-有害离子，按Li4Ti5O12化学式中的摩尔比例，称取烘干后的偏钛酸和碳酸锂，经过球磨并过滤去掉大量水分后，置于箱式电炉中，升温到980℃-1050℃的煅烧范围并恒温4.5～10小时，自然冷却后，即得到一种具有尖晶石型结构的钛酸锂Li4Ti5O12晶须；
2.如权利要求1所述的制备钛酸锂Li4Ti5O12晶须的方法，其特征在于，在偏钛酸中加入氢氧化钠溶液，加热至沸腾并搅拌5小时，用2.5倍物料体积去离子水洗涤至Na+及SO42-的含量≤0.003％(质量百分含量)，去除Na+及SO42有害离子；
3.如权利要求1所述的制备钛酸锂Li4Ti5O12晶须的方法，其特征在于，将去除Na+及SO42有害离子的偏钛酸烘干，使其中的自由水水分≤10％，经过2小时的球磨混和，采用重量法测定TiO2含量；
4.如权利要求1所述的制备钛酸锂Li4Ti5O12晶须的方法，其特征在于，将上述物料过滤去掉大量水分后再置于箱式电炉中，以10℃/分钟的升温速率从室温升温到980℃-1050℃的煅烧范围并恒温4.5～10小时。
全文摘要
一种具有尖晶石型结构钛酸锂Li
文档编号C30B29/62GK1995490SQ20061002247
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者邓昭平, 夏新蕊, 王鹏威, 陈健利 申请人:成都理工大学