一种利用钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池负极材料的制备方法，尤其涉及一种利用廉价的钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法。
【背景技术】
[0002]研究人员发现一种具有a-VPOgg构的硅酸钛锂(Ll2TiS15)材料可以成功用作锂离子电池负极。通过对该材料的电化学性能进行研究，发现该材料具有适当的脱嵌锂平台，可以有效避免锂枝晶的形成而引起短路，有效提高锂离子电池的安全性能，又保证了锂离子电池具有较高的工作电压范围；同时，该材料具有较高的比容量和良好的循环性能。因此，硅酸钛锂是一种非常有潜力的锂离子电池负极材料。在能源日趋紧迫的今天，锂离子二次电池的广泛应用得到了人们的重视，人们渴望通过廉价的原料来制备电池材料。在目前报道的制备硅酸钛锂的方法中，多为溶胶凝胶法。该方法最大的缺点是所用的原料必须含有有机醇或酯，没有有机醇或酯的水解过程，就不会形成溶胶凝胶，而有机金属醇或酯制备困难、价格昂贵。Li2TiS15M料的主要元素钛和硅在自然界的储量丰富，原料价格低廉、对环境友好。因此，寻找一种操作简便、原料价格低廉、可以实现产业化、且制备的硅酸钛锂Li2TiS15具有优良电化学性能的方法，对控制电池负极材料的成本具有重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种利用钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法，该方法不需要对钛铁矿进行杂质Si的分离，从而节省原料成本。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:
[0005]—种利用钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法，包括以下步骤:
[0006](I)将所述钛铁矿破碎后，在常压下酸浸，过滤洗涤得到含铁酸液和钛渣；
[0007](2)对钛渣进行钛渣进行元素分析，根据分析结果向钛渣中加入锂源和硅源混合均匀后烘干，得到前驱体；锂源和硅源的添加量要保证前驱体中锂、钛和硅的元素摩尔比为
1.90 ?2.25:0.90 ?1.25:0.90 ?1.25 ;
[0008](3)将所述前驱体在惰性保护气氛中将温度升至450?700°C进行预煅烧，再将温度升至750?950°C进行焙烧，得到所述硅酸钛锂负极材料。
[0009]上述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，优选的，所述步骤(I)中，酸为硫酸、盐酸和硝酸中的一种或几种；酸的质量分数为15%?40%。
[0010]上述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，优选的，所述步骤(I)中，酸的加入量与钛铁矿的质量比为0.5?2.0，酸浸温度为80?150°C。
[0011]上述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，优选的，所述步骤(2)中，锂源为乙酸锂、草酸锂、氯化锂、硝酸锂或硫酸锂；硅源为四氟化硅、四氯化硅、氧化硅、正硅酸四乙酯、正硅酸乙酯、氮化硅、二甲基二氯硅烷、硅橡胶、原硅酸、二硅酸、二乙基氯硅、硅胶、硅油、乙基二氯硅烷、正硅酸四甲酯、硅酸、偏硅酸中的一种或几种的混合。
[0012]上述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，优选的，所述步骤(2)中，烘干的温度为75?85°C，时间为10?20h。
[0013]上述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，优选的，所述步骤(3)中，预煅烧的时间为3?5h ;焙烧时间为10?24h。
[0014]上述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，优选的，所述步骤(3)中，惰性保护气氛是指氮气、氩气中的一种或两种混合气氛。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0016](I)本发明以天然钛铁矿为原料制备硅酸钛锂负极材料，不仅原料价格低廉，还实现了钛铁矿的高附加值利用。
[0017](2)本发明的制备方法以天然钛铁矿为原料，不需要对杂质元素Si进行分离，从而避免了传统工艺中除杂质硅的操作步骤。
[0018](3)本发明的制备方法通过控制常压酸浸出的条件，可以控制矿物中的Fe、Mg、Al、Co等元素在浸出渣中的含量，达到对目标材料进行掺杂的作用。
[0019](4)本发明的制备方法获得的硅酸钛锂负极材料产品形貌规则，粒度均匀，其电化学性能优异，可以广泛使用于各类锂离子电池材料中。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例1制备的硅酸钛锂负极材料的X射线衍射图。
[0021]图2为本发明实施例1制备的硅酸钛锂负极材料制成扣式电池的充放电曲线图。
[0022]图3为本发明实施例1制备的硅酸钛锂负极材料制成扣式电池的循环测试图。
【具体实施方式】
[0023]为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0024]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0025]除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
[0026]实施例1:
[0027]一种本发明的利用钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法，包括以下步骤:
[0028](I)将钛铁矿进行破碎后，用质量浓度为15%的盐酸在常压下浸出(盐酸与钛铁矿的质量比为2.0)，浸出温度为150°C，浸出1.0h后将浆料冷却至室温，过滤得到钛渣和含铁酸液。
[0029](2)将钛渣用去离子水反复洗涤三次得到总质量为68.5469g的钛渣，对洗涤后的钛渣进行元素分析，得到其中的钛和硅的质量分数分别为43.56%和2.98%。然后向洗涤后的钛渣中加入59.8640g草酸锂和33.1077g 二氧化硅混匀，将所得混合物在75°C的干燥箱中烘干20h，得到前驱体。
[0030](3)将前驱体在氮气的保护下置于马弗炉中先以500°C的温度预煅烧5h，再升至850°C下焙烧20h，得到硅酸钛锂负极材料。
[0031]本实施例制备的硅酸钛锂负极材料的X射线衍射图如图1所示，通过与标准I3DF卡片对比，得到与其相对应的PDF卡片编号为:97-007-8059。因此可确定本实施例制备的硅酸钛锂负极材料(Li2TiS15)保持了 a-VP05结构，属于P4/nmm空间点群。
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