[发明专利]一种片状钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子负极材料的制备方法，具体地说涉及制备尖晶石型钛酸锂的表面活性剂辅助水热法，属于无机先进纳米材料制备工艺技术领域。

背景技术

锂离子电池具有高容量、循环寿命长、安全性高等显著优势，广泛应用于移动电子设备、混合动力汽车等领域。目前，商业上普遍应用的负极材料是石墨化碳材料。当电池过充时，碳电极的表面容易形成锂枝晶，引发电池的短路。而尖晶石型钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）由于具有高的Ti⁴⁺/Ti³⁺(1.55V vs Li)氧化还原电势，因此具有较高的安全性；同时在钛酸锂表面没有固体电解质界面膜形成，使其具有较高的转换效率；钛酸锂以其优异的循环性能和平稳的充放电电压平台等优点，使其成为锂离子电池最具发展前景的负极材料，具有巨大的研究价值和商业应用前景。

常见的钛酸锂制备方法主要有固相法、溶胶凝胶法、水热法等。固相法反应原理和制备工艺简单，缺点是产物粒径较大，而且制备过程耗费能源；溶胶凝胶法合成的钛酸锂颗粒很小，但所需的反应温度过高，制备过程中容易发生团聚；水热法是比较有发展前途的方法之一，原料廉价易得，由于采用中低温液相控制，能耗相对较低；可通过调节溶液的组成、浓度、pH、反应温度和压力等因素有效地控制反应和晶体生长；合成粉体的粒子纯度高，粒径小且分布均匀，晶形容易控制。

表面活性剂，具有良好的表面活性、渗透、柔化、乳化、抗静电、生物降解性及杀菌等性能。此外它化学稳定性好，耐热、耐光、耐压、耐强酸强碱。有表面活性剂辅助可以很好的稳定反应体系，使产物分布均匀，有效避免了团聚的发生；另外，表面活性剂中有连接基团存在，更易聚集形成胶团，而且形成的胶团形态丰富多样，如球状胶束、棒状胶束等，它们可以作为一种软模板，从而很好的改变产物的形貌。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种由柱状钛酸锂生长成片状钛酸锂的方法，该方法工艺简单、成本低、制备的钛酸锂纯度高、电化学性能优良。

本发明的技术方案如下：

一种片状钛酸锂的制备方法，所述的片状钛酸锂由钛酸锂柱状体组合并且沿固定晶向生长而成，片状钛酸锂厚度为2-50纳米，钛酸锂柱状体的长度为10-200纳米；

该制备方法选用十六烷基三甲基溴化铵、乙醇和去离子水组成溶剂，以四异丙醇钛和氢氧化锂为反应物，分别制备含钛溶液和含锂溶液，混合反应后，经水热反应、离心分离、洗涤、干燥和热处理得到由纳米柱状钛酸锂生长成的片状钛酸锂，具体制备步骤如下：

(1)配制浓度为0.02-0.25摩尔/升的十六烷基三甲基溴化铵乙醇溶液，在搅拌条件下，向混合溶液中滴加有机钛源0.005-0.025摩尔；将锂盐溶解于水形成含锂溶液，锂与钛的摩尔比为0.70-1，将含锂溶液与含钛溶液混合，在温度10-150°C下强力搅拌5-180分钟，得水热反应的前驱液；

(2)将上述含有白色悬浊物的混合溶液移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在140-200°C条件下水热反应2-24小时；

(3)反应后冷却至室温，然后采用离心分离出沉淀物、分别用去离子水和酒精进行清洗，将沉淀物在60-100°C下干燥3-24小时，即得到钛酸锂前驱体，最后将得到的该前驱体在500-850°C下热处理2-23小时，获得由柱状生长成的纳米钛酸锂；

上述步骤(1)中所述的十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0.03-0.15摩尔/升；

上述步骤(1)中所述的十六烷基三甲基溴化铵可以由阳离子表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和非离子性表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮中的一种替代，其原料物质浓度不变；

上述步骤(1)中所述的有机钛源加入量为0.005-0.02摩尔；

上述步骤(1)中所述的有机钛源可以为四异丙醇钛、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯中的一种；

上述步骤(1)中所述的锂与钛的摩尔比为0.8-0.95，所述锂盐选自碳酸锂、草酸锂、硝酸锂、醋酸锂或氢氧化锂中的一种或两种以上的任意组合，锂与钛比值不变；

上述步骤(2)中所述的水热反应温度为160-180°C，反应时间为6-24小时；

上述步骤(3)中所述的热处理温度为600-800°C，热处理时间为2-21小时。

本发明具有以下优点：