[发明专利]一种利用钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法

说明书

技术领域

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

研究人员发现一种具有α-VPO₅结构的硅酸钛锂(L_i2TiSiO₅)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。Li₂TiSiO₅材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Li₂TiSiO₅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

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。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一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：

(1)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；

(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；

(3)将所述前驱体在惰性保护气氛中将温度升至450～700℃进行预煅烧，再将温度升至750～950℃进行焙烧，得到所述硅酸钛锂负极材料。

上述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，优选的，所述步骤(1)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％。

上述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，优选的，所述步骤(1)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℃。

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。

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℃，时间为10～20h。

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。

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。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)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。

(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。

(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。

(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

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。

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。

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