[发明专利]一种大比表面积钛酸锂（Li4Ti5O12）的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料的制备领域，具体涉及一种大比表面积尖晶石结构钛酸锂的制备方法。

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。

我们知道，不同形貌的纳米材料与性能有着密切联系。根据文献报道，高比表面积的多孔结构的钛酸锂，有利于提高电极和电解液的接触面积，从而提升钛酸锂的性能。而目前合成钛酸锂的方法大多采用高温固相法和溶胶-凝胶法。高温固相法操作简单，易于工业化，但是在高温反应下产物颗粒容易长大，孔结构易坍塌，会导致钛酸锂比表面积非常小。溶胶-凝胶法需要昂贵且污染严重的有机醇盐作为前驱体，工艺复杂，难以大规模生产。

本发明旨在提供一种制备大比表面积钛酸锂的工艺，工艺环保、能耗低、适合工业化应用。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种制备大比表面积钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）的方法。本发明方法得到的Li₄Ti₅O₁₂具有较大的比表面积，为50~220 m²/g；而且在制备过程中未涉及有机物，制备工艺具有环保、能耗低、适合工业化应用等优点。

实现本发明的目的可以采用以下技术方案：

一种大比表面积钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）的制备方法，以钛酸与可溶性锂盐作为钛源与锂源，包括以下步骤：

1）将钛酸加入2~20M可溶性锂盐水溶液中，在60~100℃水浴、真空条件下，搅拌或超声分散使钛酸与锂盐溶液充分混合；

2）反应物混合液置于水热釜内，在120~220℃水热反应1~12小时，取出反应产物，过滤，制得目的物Li₄Ti₅O₁₂。

所述的钛酸选自H₂TiO₃、H₄Ti₅O₁₂、H₂Ti₂O₅或者其水合物。

所述的钛酸可将具有层状结构的碱金属钛酸盐与酸溶液混合，于室温下搅拌反应，过滤后得钛酸。为制得本发明的钛源，碱金属钛酸盐可选自K₂TiO₃、NaKTiO₃、Na₄Ti₅O₁₂或者K₂Ti₂O₅中的一种或几种。

所述的钛酸与锂盐溶液的固液比（g/mL）为1：5~1：20。

所述的锂盐为可溶性锂盐，包括硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂或其水合物中的一种或多种。

所述的步骤2）中，水热反应温度优选120~180℃。

步骤2）中，水热釜可放入烘箱中或者加热炉内，采用烘箱或者加热炉加热的方式给反应提供能量，也可以直接采用具有加热功能的反应釜进行反应。

步骤2）中，反应产物过滤后，得到的锂盐溶液加入一定量的锂盐后可反复使用。

根据本发明方法，制得的Li₄Ti₅O₁₂的比表面积为50~220 m²/g。优选条件下，制得的Li₄Ti₅O₁₂比表面积可达90~220 m²/g。

本发明的有益效果包括：

1、选用成本低廉、易得、具有特殊结构的钛酸作为钛源，在制备过程中不采用有机物，相对传统制备多孔材料所采用的模版法具有环保、制备成本低廉、易工业化的优点。

2、本发明方法所得到的Li₄Ti₅O₁₂具有较大的比表面积，作为锂电池负极活性材料，在大功率充放电时具有容量高的优点，且40C循环1000次后的能量保持率能够维持在94%（图3和图4）。