[发明专利]一种低温固相法制备晶须状钛酸锂（Li4Ti5O12）的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料的制备领域，具体涉及一种低温固相法制备晶须状钛酸锂的方法。

背景技术

钛酸锂材料（Li₄Ti₅O₁₂）作为锂离子电池的一种负极材料，是一种“零应变材料”，相比与已经商业化的碳材料，具有高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点，将作为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域。文献报道，钛酸锂的纳米化有助于提高其在高冲放电速率下的电容。

我们知道，不同形貌的纳米材料与性能有着密切联系。国际纳米界大师Lieber认为一维系统（如纳米管、纳米线）是可以作为电子和光激发态传递的最小维数结构，对实现纳米器件功能化和集成化非常重要，因此比二维和零维系统有趣、重要得多（Hu JT, Odom TW, Lieber CM. Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes.[J] Accounts Chem. Res., 1999, 32(5): 435-445.）。研究发现，具有一维形貌的Li₄Ti₅O₁₂较颗粒状显示出了更加优异的性能（L.Cheng,J.Yan and Y.Y. Xia.J. Mater. Chem., 2010, 20, 595–602. ）。然而，由于Li₄Ti₅O₁₂属于立方晶系，在其晶体生长过程中，呈现出各向同性，因此很难获得晶须状Li₄Ti₅O₁₂。因此，纳米Li₄Ti₅O₁₂材料鲜有报道。其中夏等人(L.Cheng,J.Yan and Y.Y. Xia.J. Mater. Chem., 2010, 20, 595–602. )利用巧妙的C包覆法，通过 800度惰性气氛下的焙烧，制备出了一维纳米Li₄Ti₅O₁₂与C的复合材料。此外，专利200610022477.5披露的方法使用高温固相法能得到晶须状钛酸锂，但是制备过程中需要980度~1050度的高温处理。目前报道的固相法，几乎都涉及800度左右的高温焙烧，需要消耗大量能耗。

氧化钛是固相法制备Li₄Ti₅O₁₂的主要钛源，常见的有四种晶型，分别为锐钛型、金红石型、板钛型以及TiO₂（B）型，其中，TiO₂（B）具有相对疏松的开放式结构。本发明旨在提供一种在相对低温（550度-650度）条件下，以TiO₂（B）晶须和锂盐作为原料制备晶须状钛酸锂的方法。以TiO₂（B）作为钛源制备钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂材料，尚属首例。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种低温固相法制备晶须状Li₄Ti₅O₁₂的方法。本发明方法得到的产物是直径为50~500nm，长径比为5~20的晶须状钛酸锂，所得到的钛酸锂具有尺寸易控、形貌均一等优点，该工艺焙烧温度低，具有能耗低、适合工业化应用等优点。

实现本发明的目的采用以下技术方案：

一种低温固相法制备晶须状钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）的方法，其特征在于，以TiO₂（B）晶须与锂盐作为原料，包括以下步骤：

1）原料按TiO₂/Li₂O=0.9~1.25：1（mol比）混合均匀；

2）将混合后的原料在200~350℃下焙烧0.5~5小时，获得一次焙烧产物；

3）将一次焙烧产物在500~650℃下焙烧2~10小时，获得二次焙烧产物；

4）将二次焙烧产物经过水洗，烘干后获得晶须状钛酸锂。

步骤1）中，原料混合后可先在60~100℃真空脱水0.5~2小时，并将脱水后的原料进行造粒。