[发明专利]一种线状多孔钛酸锂材料及其制备和产品

说明书

本发明提供了一种线状多孔钛酸锂材料及其制备和产品。所述材料包括：所述钛酸锂材料的晶相为尖晶石型钛酸锂；所述钛酸锂材料为线状结构；所述线状结构的长径比大于10；所述线状钛酸锂材料为多孔结构；所述线状多孔钛酸锂材料的结构由多个颗粒组成，所述颗粒具有定向的生长方向。该结构长轴有利于电子的有效迁移，多孔结构有利于锂离子、钠离子或钾离子的快速嵌入与嵌出过程，大的比表面积有利于电解液与电极的接触面积，减少电流密度，具有较好的电池快速充放电性能。

技术领域

本发明涉及能源、环保材料的制备领域，具体的说，本发明涉及一种线状多孔钛酸锂材料及其制备和产品。

背景技术

钛酸锂是一理想的、极具开发前景的锂离子电池负极材料，其充放电循环可达数千次以上，是电极材料领域研究的热点。

钛酸锂的尺寸和形貌能在很大的程度上影响其在锂离子电池中的应用。相比于颗粒而言，线状结构钛酸锂材料可以减少颗粒间的晶界，有利于载流子在长轴方向上的输运，在电池电极材料领域，长轴有利于电子的有效迁移，短轴有利于锂、钠或钾离子的快速嵌入与嵌出过程。相比于颗粒而言，线状结构具有较好的充放电性能等。此外，多孔结构材料具有大的比表面积、高的孔隙率，使其在应用方面具有许多优异的特性。将钛酸锂制备成多孔结构，具有以下一些优势：(1)多孔结构可增加材料的比表面积，扩大电极与电解液的接触面积，减少电流密度，提高充放电速率；(2)多孔结构有利于电解液的输运，提升导电性能；(3)多孔结构构成的材料在整体上属于大颗粒范畴，有利于增加材料的振实密度，提升电池的体积比容量。因此，将线状结构、单晶结构、多孔结构结合，得到具有线状、多孔、单晶的钛酸锂材料，可大大提高材料比表面积、提升材料的表面活性、减少颗粒间的晶界，提升载流子在长轴方向的有效输运，可大大提升材料在电池电极的容量和快速充放电等领域的应用性能。

现有生产钛酸锂的方法主要包括固态合成以及水热反应制备。其中，固态合成方法通常采用先将氢氧化锂或碳酸锂和二氧化钛等原料通过球磨或在有机溶剂中混合均匀，后在大于800摄氏度的高温下烧结制备得到。该方法制备需要过量的氢氧化锂或碳酸锂，得到的钛酸锂通常纯度不高，尺寸在微米尺度，形貌和均一性都不好。钛酸锂的水热制备方法通常以商业二氧化钛和氢氧化钠为起始原材料，通过水热法制备出钛酸钠，并将钛酸钠浸泡在酸溶液中，利用离子交换法得到了钛酸；随后将钛酸与氢氧化锂溶液混合后或钛酸锂前驱物，之后产物在不同温度下退火处理，得到钛酸锂产物。该制备方法的水热过程涉及到高温高压，具有一定的危险性。同时，该反应体系为10mol/L的强碱，在高温下具有很强的腐蚀性，对水热反应设备的要求非常苛刻，很难寻找到合适的反应设备。此外，该制备方法使用到的碱浓度很高，造成后续的产品分离提纯困难，也给环境带来一定的污染。因此，钛酸锂的水热制备方法在合成设备及后续处理等方面仍面临很多难题，无法实现规模化生产。

综上，为进一步提升钛酸锂材料在锂离子等电池领域的应用性能，急需寻找开发一种具有线状、多孔和单晶结构的钛酸锂电极材料。此外，针对开发工艺流程简单，便于规模化生产钛酸锂的制备方法，尤其是具有多孔线状结构钛酸锂材料的制备方法，仍具有很大的技术挑战。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种线状多孔钛酸锂材料。

本发明的另一目的在于提供所述线状多孔钛酸锂材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述线状多孔钛酸锂材料为原料制备得到的气体传感器或离子电池电极。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种线状多孔钛酸锂材料，其中，所述材料包括：

所述钛酸锂材料的晶相为尖晶石型钛酸锂；

所述钛酸锂材料为线状结构；，所述线状结构的长径比大于10；

所述线状钛酸锂材料为多孔结构；

所述线状多孔钛酸锂材料的结构由多个颗粒组成，所述颗粒具有定向的生长方向，所述生长方向优选为001方向。