[发明专利]一种尖晶石结构固溶体Li1+xTi2O4的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种尖晶石结构固溶体Li_1+xTi₂O₄(0≤x≤1)的制备方法，特别是指采用炭黑作为还原剂一步固相反应合成具有脱嵌锂特性的尖晶石结构固溶体Li_1+xTi₂O₄的方法。

背景技术

Li_1+xTi₂O₄(0≤x≤1)是一种具有可逆嵌锂特性的尖晶石结构固溶体，其电子导电性好，可用作高性能锂离子电池负极材料。迄今为止，报道过的Li_1+xTi₂O₄固溶体合成方法主要有：以Ti₂O₃、Li₂Ti₂O₅、Li₂TiO₃、Ti等为原料的固相反法，以LiTi₂O₄为阴极的电化学嵌锂法，以及以LiTi₂O₄和正丁基锂为原料的常温化学反应法。本发明人曾发明了碳热还原一步固相反应合成LiTi₂O₄新方法。但目前还未见到以炭黑、二氧化钛、碳酸锂为原料一步固相反应合成尖晶石结构固溶体Li_1+xTi₂O₄的研究和报道。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种制备尖晶石结构固溶体Li_1+xTi₂O₄(0≤x≤1)的方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：以廉价易得的炭黑、二氧化钛和碳酸锂为原料，三者在一定温度下发生氧化还原反应，一步合成尖晶石结构固溶体Li_1+xTi₂O₄。其化学反应方程式为：

(1+x)/2Li₂CO₃+2TiO₂+(1+x)C＝Li_1+xTi₂O₄+3(1+x)/2CO↑

具体步骤为：

按原子比Li∶Ti∶C＝(1.0～2.0)∶2∶(0.50～1.0)分别称取分析纯碳酸锂、二氧化钛和炭黑，研磨10min，使原料充分混合，将混合物盛于瓷皿或刚玉舟中，置于管式炉或真空炉内，控制氩气流量为20L/h～200L/h或真空度为10^-1Pa，在700～1300℃焙烧1～48h，自然降低温度至常温，取出反应产物，在氩气保护下研磨30min，得到粒度为0.5μm～5μm的尖晶石结构固溶体Li_1+xTi₂O₄粉末，其中0＜x≤1。

本方法采用炭黑在高温下将Ti⁺⁴还原为Ti⁺³，避免使用较难制备的Ti₂O₃、价格较贵的钛粉和正丁基锂作为还原剂。合成产物主要为尖晶石结构固溶体Li_1+xTi₂O₄，仅有含有少量反应不完全炭黑，但不影响其电化学性能；产物的电化学性能良好，比容量约为130mAh/g。

附图说明

图1为本发明实施例1制备产物的X-射线衍射(XRD)图谱。

图2为本发明实施例1制备产物与金属锂组装成的模拟电池的循环伏安曲线(扫描速率为0.5mV/s)。

图3为本发明实施例1制备产物与金属锂组装成的模拟电池的恒电流充放电曲线(电流倍率为0.2C)。

具体实施方式

实施例1：