一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法，包括不同粒径球状TiO2的制备、钛酸锂前驱体的制备和高温煅烧。本发明专利技术用液相法制备出亚微米球状钛酸锂材料，通过控制乙醇溶液温度制备粒径不同的球状钛酸锂材料。本发明专利技术提供的技术方案制备的亚微米球状钛酸锂降低了比表面积，从而降低了钛酸锂材料的吸水性，有效地避免了其由于吸水而产生气体。又由于乙醇溶液中十六胺分子的存在，可以控制得到粒径不同分布均匀的球状钛酸锂，也可以得到单分散的球状钛酸锂，避免了高温煅烧过程中的团聚现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛酸锂材料，具体涉及一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法。
技术介绍
钛酸锂材料相比于传统的石墨负极材料具有“零应变”、放电平台高、且不产生SEI膜等特点，因此钛酸锂电池的循环性能和安全性能有了较大提高。但钛酸锂电池在使用过程中会出现胀气现象，胀气现象会对电池产生两方面的影响：一是胀气现象使电池内阻增大，促使电池提前失效，缩短电池的使用寿命；二是易使软包铝塑膜破裂导致电解液泄露、可燃性气体逸出，诱发安全事故。因此，钛酸锂电池要实现规模储能应用，必须解决胀气问题。钛酸锂材料产生胀气的一个原因是钛酸锂材料表面的吸水性，主要是钛酸锂材料的颗粒小和比表面积大使得钛酸锂材料吸水性大，进而使得钛酸锂材料在充放电过程中产生气体。传统的钛酸锂制备方法中，不论是固相法还是液相法生成的钛酸锂材料，其粒径都具有一定的不可控性。结晶过程、温度制度、煅烧制度、形核过程等众多因素均对材料的成形有一定的影响，很难通过改变某一固定的变量来控制材料的粒径。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，本专利技术将通过液相法制备出亚微米球状钛酸锂材料，并通过控制乙醇溶液温度来制备出不同大小的梯度可控的球状钛酸锂材料。为了达到上述目的，本专利技术提供了采用下述技术方案：一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法包括如下步骤：(1)制备不同粒径的球状TiO2；(2)利用球状TiO2制备钛酸锂前驱体；(3)高温煅烧钛酸锂前驱体。一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法的第一优选方案，步骤(1)中，搅拌下向溶有十六胺和氨水的无水乙醇中加入钛酸四丁酯，离心干燥热处理得粒径不同的球状TiO2。一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法的第二优选方案，无水乙醇，十六胺和氨水的质量比为120:1:1。一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法的第三优选方案，无水乙醇温度为0～75℃。一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法的第四优选方案，氨水密度为1g/mL。一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法的第五优选方案，步骤(2)将粒径不同的球状TiO2和锂源加入到乙醇水溶液后搅拌得钛酸锂前驱体溶液，经热处理得钛酸锂前驱体。一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法的第六优选方案，锂源和TiO2的摩尔比为0.8:1。一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法的第七优选方案，锂源为LiOH。一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法的第八优选方案，热处理包括于150～180℃下处理15～20h。一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法的第九优选方案，步骤(3)中，将钛酸锂前驱体于650～750℃下煅烧8～12h。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果：(1)本专利提供的技术方案通过控制乙醇溶液的温度进而控制TiO2的粒径，最终得到粒径不同的球状钛酸锂；(2)本专利提供的技术方案，通过制备出亚微米球状钛酸锂降低其比表面积，从而降低钛酸锂材料的吸水性，有效地避免了其由于吸水而产生气体。(3)本专利提供的技术方案，由于在乙醇溶液中十六胺分子的存在，可以控制得到粒径不同均匀分布的球状钛酸锂，并且也可以得到单分散的球状钛酸锂，有效的避免了其在高温煅烧过程中的团聚现象。附图说明图1为球状TiO2制备示意图；图2为粒径不同的球状钛酸锂制备示意图；图3为不同温度下制备出的TiO2的电镜图片(a)0℃(b)25℃(c)50℃(d)75℃；图4为不同温度下制备出的钛酸锂的电镜图片(a)0℃(b)25℃(c)50℃(d)75℃。具体实施方式下面结合附图1～4和具体实施例作进一步详细说明，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法，包括以下步骤，如图2：(1)将固态十六胺和氨水加入到不同温度的无水乙醇溶剂中，机械搅拌，使十六胺溶解于乙醇中形成透明溶液；十六胺，氨水和无水乙醇的质量比为1:1:120，氨水密度为1g/mL。(2)在剧烈搅拌情况下，将钛酸四丁酯加入上述溶液中，钛酸四丁酯水解并形成白色悬浊液；(3)将上述白色悬浊液经过离心干燥和热处理得到粒径不同的球状TiO2，如图3；(4)将不同大小的球状TiO2和LiOH加入到溶剂乙醇溶液中，强烈搅拌使其混合充分得到前驱体溶液；锂源和TiO2的摩尔比为0.8:1；(5)将制备好的前驱体溶液转移到高温高压反应釜中，经过热处理后得到钛酸锂前驱体。(6)将钛酸锂前驱体在一定温度下煅烧即可得到粒径不同的球状钛酸锂，如图4。其中，十六胺分子是由氨基和烷基组成的，其中氨基是亲水性的基团，烷基是疏水性基团，即十六胺是由两性基团组成。钛酸四丁酯在氨水的作用下水解的Ti(OCH(CH3)2)4-x(OH)x或者低聚物和十六胺的氨基基团相互作用发生反应，并且在烷基基团下为降低界面自由能而形成球状的Ti(OH)4，随后经过热处理得到TiO2球，如图1所示。温度对十六胺分子的活跃度有一定的影响，温度越低十六胺分子的活跃度越低，进而使得更多的十六胺分子聚集在一起，在相同量的钛酸四丁酯的情况下形成较少的核，因此，通过控制乙醇溶液的温度可以得到球状大小不同的TiO2。各实施例制备过程中的具体参数如下表所述：将上述各实施例中所得的球状TiO2和球状钛酸锂样品做扫描电镜，在同一放大倍数下，所得结果如图3和图4所示，在0～75℃下，随着溶剂温度的增高，粒径逐渐减小，也由此得出，本专利技术提供的技术方案表明可以通过控制乙醇溶液温度来制备出粒径不同的球状钛酸锂材料。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本专利技术的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本专利技术精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)制备不同粒径的球状TiO2；(2)利用所述球状TiO2制备钛酸锂前驱体；(3)高温煅烧所述钛酸锂前驱体。

【技术特征摘要】
1.一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)制备不同粒径的球状TiO2；(2)利用所述球状TiO2制备钛酸锂前驱体；(3)高温煅烧所述钛酸锂前驱体。2.根据权利要求1所述的一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，搅拌下向溶有十六胺和氨水的无水乙醇中加入钛酸四丁酯，离心干燥热处理得粒径不同的球状TiO2。3.根据权利要求2所述的一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法，其特征在于，所述无水乙醇，十六胺和氨水的质量比为120:1:1。4.根据权利要求2所述的一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法，其特征在于，所述无水乙醇温度为0～75℃。5.根据权利要求2所述的一种可控梯度粒径球状钛酸锂制备方法，其特征在于，所述氨水密...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，李建玲，李战雨，尹秀娟，王瑜东，张明杰，高飞，刘皓，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，北京科技大学，国网山东省电力公司临沂供电公司，
类型：发明
国别省市：北京;11