[发明专利]自蔓延溶液燃烧制备钛酸锂的方法

说明书

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种自蔓延溶液燃烧制备钛酸锂的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种自蔓延溶液燃烧制备钛酸锂的方法，其特征在于：将硝酸锂溶液、燃料和偏钛酸的混合体系加热引燃并燃烧，燃烧结束后得到蓬松泡沫状粉料，然后蓬松泡沫状粉料在400～550℃进行热处理，得到Li₄Ti₅O₁₂粉体颗粒。本发明方法以硝酸锂作为锂源和氧化剂，偏钛酸为钛源，燃料为还原剂，反应过程中产生高温并释放大量气体，不仅能够促进晶体的结晶，获得结晶度良好的晶体，同时抑制晶体的生长和团聚，得到粒度细小的钛酸锂纳米粉体。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种自蔓延溶液燃烧制备钛酸锂的方法。

背景技术

锂离子电池的负极材料以碳材料为主，但因碳材料存在一系列诸如析出枝晶锂而引发安全问题、释放能量的速度不够快、不适合需要瞬间强电流的设备等缺点严重限制了锂离子电池的发展。与碳材料相比，尖晶石钛酸锂在充放电过程中结构几乎不发生变化，被称为“零应变材料”，具有安全性高、循环性能好、库仑效率高、不与电解液反应等优点，此外在低温环境及快速充放电方面性能优良。在国际上，美国奥钛纳米科技公司、日本石原产业株式会社在钛酸锂材料研究及产业化方面比较领先，在国内，则以珠海银隆新能源有限公司为首。因此开展以钛酸锂作为锂离子电池负极材料的研究具有重大意义。

钛酸锂的制备方法主要包括固相法、液相法和溶胶-凝胶法。

固相合成法的原理和工艺大同小异，一般都是将钛源和锂源混合后经过高温烧结得到钛酸锂，也是目前合成钛酸锂的首选方法，其中涉及到的钛源主要为TiO₂(分为无定形、锐钛矿型、板钛矿型、金红石型)、TiOSO₄、Ti(OH)₄，锂源主要为Li₂CO₃、LiOH、LiNO₃、醋酸锂或者多种混合物，目前研究最多的是以锐钛矿型的TiO₂和Li₂CO₃为主要原料制备钛酸锂。固相法具有工艺简便、成本低、易于工业化生产等优点，但粉体原料混合均匀程度有限、扩散过程难以顺利进行、要求较高的热处理温度和较长的热处理时间、能耗大、产物坚硬只能磨到微米级、材料电化学性能不易控制等缺点。

与固相反应法相比，水热合成法具有化学均匀性好、产物粒径小和反应条件温和等优势，是制备Li₄Ti₅O₁₂较为常用的方法，一般以钛酸异丙酯、钛酸丁酯等为钛源，以LiOH、Li₂CO₃为锂源，在含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，一定压力和温度下条件反应一段时间，制备得到纳米级Li₄Ti₅O₁₂材料的方法。通过对水热法制备环境及反应条件的控制，可以制备出纳米片状、花瓣状、介孔球型及锯齿状小粒径Li₄Ti₅O₁₂，不同形貌的Li₄Ti₅O₁₂，能够在一定的程度上影响其电化学性能。但是水热法存在操作较复杂、反应产物少、条件难以控制、不易于工业化生产等缺点。

溶胶-凝胶法制备纳米钛酸锂的典型工艺包括：前驱体的制备(锂盐与钛源互溶)、溶液-溶胶-凝胶化转变、湿凝胶的干燥、干凝胶的煅烧。溶胶-凝胶法的优点是合成温度低，反应物可在原子或分子水平均匀混合，得到的产物纯度高、粒径小、尺寸分布均匀，具有较高的比表面积，因而表现出极好的循环性能和倍率性能。但其致命的缺点在于生产工艺复杂、原材料成本高、周期比较长且晶态产物易发生团聚。

除此之外，如微波法、燃烧法、熔盐法、喷雾干燥法等基本都是在现有的方法上做了一些改进和拓展。

发明内容