一种钛酸锂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种钛酸锂的制备方法，锂源为氢氧化锂，钛源为二氧化钛，原料还包括二氧化碳气体，制备时，首先制备质量分数为5‑50％的LiOH水溶液，在15‑50℃，搅拌条件下，向LiOH水溶液中通入二氧化碳气体，直至pH≤8，然后向上述反应液中加入二氧化钛并充分混合均匀，然后将所得反应液进行干燥得到固体中间产物，最后将固体中间产物在600‑900℃下焙烧得到钛酸锂。本发明专利技术利用廉价的两种原料，即氢氧化锂和二氧化碳首先制备碳酸锂，无需进一步分离或纯化，可直接作为锂源参与下一步与钛源的反应大大简化了制备钛酸锂的生产工艺，减小了制备钛酸锂的生产成本，且制得的钛酸锂纯度高、粒径和形貌更均匀，循环性能和倍率性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于电池和能源领域的一种重要的工业原料钛酸锂，具体涉及一种钛酸锂的制备方法。
技术介绍
随着技术的发展，社会的进步和环境问题的日趋严峻，各行业中绿色可再生能源的使用越来越广泛，纯电动汽车和混合电动汽车市场也在高速增长。作为储能领域最重要组成部分之一的锂离子电池，在满足高能量密度、长循环寿命、安全平稳等性能指标的同时，如何显著提高其大电流充放电性能及倍率性能越来越成为学术界和工业界非常关心的研究课题。石墨类负极材料和钛酸锂是最为常见的两种锂离子电池的负极材料。其中，钛酸锂材料具有尖晶石型结构，是一种“零应变”材料，在充放电过程中电极材料的体积几乎没有变化，循环性能稳定，同时，其充放电电压平台电位高且平稳，库伦效率高，锂离子固相扩散系数高，快速充放电性能远远优于传统的石墨负极材料，非常适合用作高功率/动力型锂离子电池负极材料。同时，由于钛酸锂材料锂离子电池的安全性能优异，能够大大减少整个系统中对电源管理、安全模块等的要求，从而大大降低整体成本。正因为如此，钛酸锂广泛应用于包括锂离子电池在内的新能源领域。但是，钛酸锂存在着电子电导率低，倍率性能不高，充放电循环过程中特别是高温工况下容易产气的问题。氢氧化锂和碳酸锂是钛酸锂生产工艺中广泛使用的锂源。但是，氢氧化锂作为一种强碱，腐蚀性强，直接使用对生产过程中的设备和工艺流程都提出了额外的要求，成本较高。碳酸锂同时也是生产锂离子电池所需要的其它电极材料的一种主要原料。但是，纯度较低的初级碳酸锂无法直接使用，需要采用繁琐的工艺进一步纯化得到高纯碳酸锂，而纯度较高的碳酸锂因为上
游企业的垄断和下游产业日益增长的需求，价格不断上涨，对多种锂离子电池电极材料的生产带来了巨大的成本压力。发展一种低成本的制备钛酸锂的方法具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何利用廉价的原料更简单地制备出纯度高的锂源，并直接与钛源反应从而获得一种低成本的钛酸锂，并达到电子电导率和倍率性能好、充放电循环过程不产气的效果。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种钛酸锂的制备方法，其中，锂源为氢氧化锂，钛源为二氧化钛，原料还包括二氧化碳气体，其步骤包括：(1)制备质量分数为5-50％的LiOH水溶液；(2)搅拌条件下，向步骤(1)所得的反应液中通入二氧化碳气体，直至pH≤8；(3)在步骤(2)中所得反应液中加入二氧化钛并充分混合均匀；(4)对步骤(3)中所得反应液进行干燥得到固体中间产物；(5)将固体中间产物在600-900℃下焙烧得到钛酸锂。其中，步骤(2)进行完成以后，还可在反应液中加入质量分数为1-10％的碳源。一定量碳源的引入实现在钛酸锂表面进行碳包覆，可以有效改善钛酸锂材料的导电性，提高其倍率性能，同时也能有效抑制其产气现象，有效地避免电池胀气。进一步地，所述碳源包括聚乙烯醇、酚醛树脂、环氧树脂、淀粉、蔗糖、寡层石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种混合物。其中，反应温度为15-50℃，温度过高反应太剧烈，太低反应太慢。其中，二氧化碳的气体流量控制在1L/min-5L/min，气体流量的大小决定了与LiOH的水溶液反应的程度以及速率。其中，在步骤(3)中，在步骤(2)所得反应液中还可加入一定量的表面活性剂或分散剂，混合均匀后再加入二氧化钛，并充分混合均匀。表面活性剂的加入主要是为了更好地将二氧化钛进行分散，增大锂源与钛源的接触面积，促进反应的进行；另一方面实现了晶粒的纯度和晶貌的完整性。其中，所述钛源还可以为钛白粉。其中，氢氧化锂与二氧化钛的摩尔比为0.8-1.2。其中，所述二氧化碳气体为纯净的二氧化碳气体，或空气中的二氧化碳。本专利技术具有的优点和有益效果是：1、本专利技术利用廉价的两种原料，即氢氧化锂和二氧化碳首先制备碳酸锂，无需进一步分离或纯化，可直接作为锂源参与下一步与钛源的反应，解决了氢氧化锂直接作为锂源腐蚀性强，对生产过程中的设备和工艺流程都提出了额外的要求的问题，解决了使用初级碳酸锂纯度较低，需要采用繁琐的工艺进一步纯化得到高纯碳酸锂的问题，和使用纯度较高的碳酸锂成本高的问题，大大简化了制备钛酸锂的生产工艺，减小了制备钛酸锂的生产成本，且制得的钛酸锂纯度高、粒径和形貌更均匀；2、通过本申请提供的制备方法得到的钛酸锂材料电子电导率高，倍率性能高，一定量碳源的引入有效地避免了电池胀气，提高了锂离子电池的安全性和耐用性。附图说明图1为钛酸锂产品的扫描电镜照片；图2为钛酸锂产品的XRD图谱；图3为以实施例1制备的钛酸锂为负极的锂电池的倍率放电曲线；图4为以实施例1制备的钛酸锂为负极的锂电池的循环性能曲线。具体实施方式实施例1：1)取2.49Kg LiOH制备10％的LiOH的水溶液，放入反应器中；2)在15℃，搅拌条件下通入二氧化碳气体，气体流量控制在1L/min左右，反应约半个小时后pH值为8，随着二氧化碳的通入即产生白色沉淀；3)向上述体系中加入二氧化钛9.3Kg，混合均匀；4)干燥以获得固体中间产品；5)然后将上述中间产品在850摄氏度焙烧6h，即获得钛酸锂产品。实施例2：1)取2.49Kg LiOH制备10％的LiOH的水溶液，放入反应器中；2)在15℃，搅拌条件下通入二氧化碳气体，气体流量控制在1L/min左右，反应约半个小时后pH值为8，随着二氧化碳的通入即产生白色沉淀；3)向上述体系中加入二氧化钛6.9Kg，混合均匀；4)干燥以获得固体中间产品；5)然后将上述中间产品在850摄氏度焙烧6h，即获得钛酸锂产品。实施例3：1)取4.90Kg LiOH制备20％的LiOH的水溶液，放入反应器中；2)30℃，搅拌下通入二氧化碳气体，气体流量控制在1L/min左右，反应约一个小时后pH值为8，随着二氧化碳的通入即产生白色沉淀；3)再向上述体系中加入二氧化钛18.6Kg，混合均匀；4)干燥以获得固体中间产品；5)然后将上述中间产品在850摄氏度焙烧6h，即获得钛酸锂产品。实施例4：1)取4.90Kg LiOH制备20％的LiOH的水溶液，放入反应器中；2)30℃，搅拌下通入二氧化碳气体，气体流量控制在1L/min左右，反应约一个小时后pH值为8，随着二氧化碳的通入即产生白色沉淀，向上述体系中加入2Kg淀粉，混合均匀；3)再向上述体系中加入二氧化钛18.6Kg，混合均匀；4)干燥以获得固体中间产品；5)然后将上述中间产品在850摄氏度焙烧6h，即获得钛酸锂产品。实施例5：1)取2.49Kg LiOH制备LiOH的水溶液，放入反应器中；2)30℃，在搅拌下通入二氧化碳气体，气体流量控制在3L/min左右，反应约20分钟后pH值为8，随着二氧化碳的通入即产生白色沉淀，向上述体系中加入100克表面活性剂聚乙烯醇，混合均匀；3)再向上述体系中加入二氧化钛9.3Kg，混合均匀；4)干燥以获得固体中间产品；5)然后将上述中间产品在850摄氏度焙烧6h，即获得钛酸锂产品。实施例6：1)取2.49Kg LiOH制备LiOH的水溶液，放入反应器中；2)30℃，在搅拌下通入二氧化碳气体，气体流量控制在5L/min左右，反应约25分钟后pH值为7.5，随着二氧化碳的通入即产生白色沉淀，向上述体系中加入10克石墨烯氧化物，混合均匀；3)再本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸锂的制备方法，其中，锂源为氢氧化锂，钛源为二氧化钛，其特征在于：原料还包括二氧化碳气体，其步骤包括：(1)制备质量分数为5‑50％的LiOH水溶液；(2)搅拌条件下，向步骤(1)所得的反应液中通入二氧化碳气体，直至pH≤8；(3)在步骤(2)中所得反应液中加入二氧化钛并充分混合均匀；(4)对步骤(3)中所得反应液进行干燥得到固体中间产物；(5)将固体中间产物在600‑900℃下焙烧得到钛酸锂。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂的制备方法，其中，锂源为氢氧化锂，钛源为二氧化钛，其特征在于：原料还包括二氧化碳气体，其步骤包括：(1)制备质量分数为5-50％的LiOH水溶液；(2)搅拌条件下，向步骤(1)所得的反应液中通入二氧化碳气体，直至pH≤8；(3)在步骤(2)中所得反应液中加入二氧化钛并充分混合均匀；(4)对步骤(3)中所得反应液进行干燥得到固体中间产物；(5)将固体中间产物在600-900℃下焙烧得到钛酸锂。2.根据权利要求1所述的钛酸锂的制备方法，其特征在于：步骤(2)为：搅拌条件下，向步骤(1)所得的反应液中通入二氧化碳气体，直至pH≤8，然后在反应液中加入质量分数为1-10％的碳源。3.根据权利要求2所述的钛酸锂的制备方法，其特征在于：所述碳源包括聚乙烯醇、酚醛树脂、环氧树脂、淀粉、蔗糖、寡层石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永胜，解敏雨，周赤，张腾飞，随东，张士茂，张燕，
申请(专利权)人：天津普兰能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12