[发明专利]异种金属掺杂锂钛复合氧化物的制备方法及通过该方法制备的异种金属掺杂锂钛复合氧化物

说明书

技术领域

本发明涉及一种异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法及通过该方法制备的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物，尤其涉及一种通过将异种金属进行混合、粉碎并喷雾干燥来能够对一次粒子大小进行微细调节的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法及通过该方法制备的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物。

背景技术

作为高能量密度电池，关于通过锂离子在负极与正极之间的移动进行充放电的非水电解质电池的研究开发十分活跃。近年来，Li吸藏放出电位较高的锂钛复合氧化物备受瞩目。从原理上讲，锂钛复合氧化物在锂吸藏放出电位不析出金属锂，因此具有快速充电或低温性能优异等优点。

这种锂钛复合氧化物包括由一般式Li_(1+x)Ti_(2-x)O_y(x＝-0.2～1.0，y＝3～4)表示的尖晶石型钛酸锂，其代表例为Li_4/3Ti_5/3O₄、LiTi₂O₄及Li₂TiO₃。该材料作为阳极活性物质从过去一直被使用，还可以用作阴极活性物质，因此作为电池的阳极及阴极活性物质期待该材料的将来。该材料所具备的电压以锂作为基准为1.5V，寿命较长。并且，可以忽视充电-放电时的膨胀及收缩，因此将电池大型化时备受瞩目的电极材料。尤其，所述尖晶石(spinel)型钛酸锂(组成式Li_4+xTi₅O₁₂(0≤x≤3))充电放电时的体积变化较小且可逆性优异，因此备受瞩目。

然而，尖晶石型钛酸锂的理论容量为175mAh/g，其高容量化上存在一些限制。并且，所述尖晶石型钛酸锂在制备过程中部分相分离成金红石(rutile)型TiO₂(r-TiO₂)。该金红石(rutile)型TiO₂(r-TiO₂)作为岩盐结构具备电化学活性，但反应速度低且电位曲线倾斜，并且容量较小，因此存在减少所得锂钛复合氧化物的有效容量之类的问题。

发明内容

技术问题

为了解决如上述的以往技术的问题点，本发明的目的在于提供一种异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法及通过该方法制备的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物，该制备方法通过掺杂异种金属并喷雾干燥来抑制金红石型二氧化钛的生成，并且通过控制一次粒子的大小来改善初始容量及比率特性。

技术方案

为了完成上述目的，本发明提供一种异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法，其包括：

i)固相混合阶段，将含异种金属化合物、含锂化合物及钛氧化物以化学计量比进行固相混合；

ii)浆料制备阶段，将所述i)的固相混合物溶解于溶剂中，湿式粉碎至使其含有平均粒径为0.3μm～0.8μm的粒子；

iii)喷雾干燥阶段，喷雾干燥所述ii)的浆料；及

iv)煅烧阶段，煅烧所述喷雾干燥的浆料。

本发明的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法中，其特征在于，所述异种金属是选自由Na、Zr、K、B、Mg、Al及Zn组成的群组中的任意一种以上，优选为Na或Zr。

本发明的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法中，其特征在于，作为所述异种金属含有Na的化合物是碳酸钠、氢氧化钠或碳酸钠与氢氧化钠的混合物，含有所述Zr的化合物是Zr(OH)₄、ZrO₂或它们的混合物。

本发明的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法中，其特征在于，所述钛氧化物是锐钛型或者含水氧化钛。

本发明的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法中，其特征在于，所述含锂化合物是氢氧化锂或碳酸锂。

本发明的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法中，其特征在于，关于所述ii)阶段的湿式粉碎，使用水作为溶剂，利用氧化锆珠以2000～4000rpm进行湿式粉碎。

本发明的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法中，其特征在于，所述iii)阶段的喷雾干燥阶段中，进行喷雾干燥的进入热风温度为250～300℃，排出热风温度为100～150℃。

本发明的异种金属掺杂的锂钛复合氧化物的制备方法中，其特征在于，所述iv)阶段的煅烧阶段中，将所述iii)阶段的喷雾干燥体在空气氛围下于700～800℃煅烧5小时～10小时。