[发明专利]由无机钛源制备钛酸锂的方法、产品及应用

说明书

本发明公开了由无机钛源制备钛酸锂的方法，采用钛精矿硫酸法制备硫酸氧钛，通过冷冻后膜过滤制取较纯净的硫酸氧钛溶液，快速无晶种水解法制得纳米级二氧化钛水合物，洗涤后通过硫酸加铝粉还原残余的铁，再通过膜过滤获得纯净的偏钛酸浆料，在添加硫酸后的酸性环境里，加入合适组分的氢氧化锂合成，煅烧后制取高纯纳米级钛酸锂。本发明的有益效果是可不添加昂贵的有机溶剂制取纳米级钛酸锂，成本低；煅烧温度低，不易烧结，产品质量稳定；杂质含量低，可用于高端锂电池负极材料用；可工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备的技术领域，尤其涉及由无机钛源制备钛酸锂的方法、产品及应用。

背景技术

钛酸锂(Li4Ti5O12),具有尖晶石结构，充放电过程不易引起金属锂析出、库仑效率高、锂离子扩散系数(为2x IO-8 cm2 / s)比碳负极高一个数量级等优良特性，具备了下一代锂离子蓄电池必需的充电次数更多、充电过程更快、更安全的特性。若将Li4Ti5O12作为锂离子蓄电池的负极材料，可改善体系的快速充放电性能、循环和安全性能。进一步对该材料的制备工艺进行探索研究，提高现有材料的应用性能，最终实现在锂离子蓄电池上的应用是钛酸锂开发的重点。通过大量文献资料及工业路线选择实验，我们得出以下结论1、采用固相法合成工艺路线既生产成本低又适合工业化生产。现有作为商品钛酸锂基本都采用固相法制备出来，其最大不足是倍率放电的容量差强人意，大电流放电易产生较大极化等而限制了其商品化应用。2、粒径对倍率放电性能影响大不只是指粒子最终粒径，其一次粒径大小对倍率性能影响非常关键。一次粒径为纳米的工艺路线，国内外实验室主要采用的方法为凝胶-溶胶法。溶胶一凝胶法主要是通过有机钛化合物在有机溶剂中与锂盐形成溶胶。其方法如下：将含有结晶水的乙酸锂溶于乙醇中，再加入异丙醇钛，黄色液体变成白色凝胶，凝胶经过干燥处理，再进行煅烧，最终得到Li4Ti5O1215此方法优点化学均匀性好，由有机钛制成的凝胶可达到纳米级均匀分布；化学纯度高，化学计量比可精确控制；热处理温度降低，时间缩短；可制成纳米的粉体和薄膜。此方法的缺点也是显而易见的添加有机化合物成本增加；有机物在烧结过程中产生大量二氧化碳气体。

中国发明专利公开号CN102969491B公开了一种锂电池用负极材料钛酸锂的制备方法，钛酸锂采用无机钛化合物制备溶胶凝胶，取硫酸氧钛和氢氧化锂作为前驱体，选用多羟基醛、有机胺、多元醇、醛、有机酸作为稳定剂；中国发明专利工公开号CN102153137B公开了一种从无机钛源制备球形钛酸锂的方法，用水将钛酸或者钛铁矿和工业钛液制备得到的钛的沉淀物打浆，按配位剂与钛的摩尔比为1.0∶1~20∶1往浆中加入配位剂，用碱调节pH=7~14后，在10~80℃的搅拌反应器中反应，反应5~720min，过滤得到钛的溶液。按锂与钛的摩尔比为4∶5往溶液中加入锂源，再将该混合溶液通过喷雾干燥得到钛酸锂前驱体。将该前驱体在550~900℃下惰性气氛中煅烧1~72h后得到锂离子电池负极材料钛酸锂。但是，工业生产中的纯净硫酸氧钛不易获得，其中的配位剂是有机溶剂，而有机溶剂作为稳定剂在煅烧中仍有微量残余且烟气处理给工业生产带来困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的无机钛源制备钛酸锂的方法中获得的纯净硫酸氧钛不够纯净，有机溶剂作为稳定剂会有残余，烟气处理困难，为此提供一种由无机钛源制备钛酸锂的方法、产品及应用。