由无机钛源制备钛酸锂的方法、产品及应用技术

本发明专利技术公开了由无机钛源制备钛酸锂的方法，采用钛精矿硫酸法制备硫酸氧钛，通过冷冻后膜过滤制取较纯净的硫酸氧钛溶液，快速无晶种水解法制得纳米级二氧化钛水合物，洗涤后通过硫酸加铝粉还原残余的铁，再通过膜过滤获得纯净的偏钛酸浆料，在添加硫酸后的酸性环境里，加入合适组分的氢氧化锂合成，煅烧后制取高纯纳米级钛酸锂。本发明专利技术的有益效果是可不添加昂贵的有机溶剂制取纳米级钛酸锂，成本低；煅烧温度低，不易烧结，产品质量稳定；杂质含量低，可用于高端锂电池负极材料用；可工业化大规模生产。

Method, product and application of preparing lithium titanate from inorganic titanium source

The invention discloses a method for preparing lithium titanate from inorganic titanium source, titanium sulfate is prepared by sulfuric acid method of titanium concentrate, purified titanium sulfate solution is prepared by membrane filtration after freezing, nanometer titanium dioxide hydrate is prepared by rapid seedless hydrolysis method, and residual iron is reduced by sulfuric acid plus aluminum powder after washing, and then passed through membrane. Pure metatitanate slurry was obtained by filtration. High purity Nano-Lithium titanate was synthesized by adding appropriate components of lithium hydroxide in acidic environment after adding sulfuric acid. The invention has the advantages of low cost, low calcination temperature, low sintering resistance, stable product quality, low impurity content, and can be used for anode materials of high-end lithium batteries, and industrialized large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
由无机钛源制备钛酸锂的方法、产品及应用
本专利技术涉及锂离子电池负极材料制备的
，尤其涉及由无机钛源制备钛酸锂的方法、产品及应用。
技术介绍
钛酸锂(Li4Ti5O12),具有尖晶石结构，充放电过程不易引起金属锂析出、库仑效率高、锂离子扩散系数(为2xIO-8cm2/s)比碳负极高一个数量级等优良特性，具备了下一代锂离子蓄电池必需的充电次数更多、充电过程更快、更安全的特性。若将Li4Ti5O12作为锂离子蓄电池的负极材料，可改善体系的快速充放电性能、循环和安全性能。进一步对该材料的制备工艺进行探索研究，提高现有材料的应用性能，最终实现在锂离子蓄电池上的应用是钛酸锂开发的重点。通过大量文献资料及工业路线选择实验，我们得出以下结论1、采用固相法合成工艺路线既生产成本低又适合工业化生产。现有作为商品钛酸锂基本都采用固相法制备出来，其最大不足是倍率放电的容量差强人意，大电流放电易产生较大极化等而限制了其商品化应用。2、粒径对倍率放电性能影响大不只是指粒子最终粒径，其一次粒径大小对倍率性能影响非常关键。一次粒径为纳米的工艺路线，国内外实验室主要采用的方法为凝胶-溶胶法。溶胶一凝胶法主要是通过有机钛化合物在有机溶剂中与锂盐形成溶胶。其方法如下：将含有结晶水的乙酸锂溶于乙醇中，再加入异丙醇钛，黄色液体变成白色凝胶，凝胶经过干燥处理，再进行煅烧，最终得到Li4Ti5O1215此方法优点化学均匀性好，由有机钛制成的凝胶可达到纳米级均匀分布；化学纯度高，化学计量比可精确控制；热处理温度降低，时间缩短；可制成纳米的粉体和薄膜。此方法的缺点也是显而易见的添加有机化合物成本增加；有机物在烧结过程中产生大量二氧化碳气体。中国专利技术专利公开号CN102969491B公开了一种锂电池用负极材料钛酸锂的制备方法，钛酸锂采用无机钛化合物制备溶胶凝胶，取硫酸氧钛和氢氧化锂作为前驱体，选用多羟基醛、有机胺、多元醇、醛、有机酸作为稳定剂；中国专利技术专利工公开号CN102153137B公开了一种从无机钛源制备球形钛酸锂的方法，用水将钛酸或者钛铁矿和工业钛液制备得到的钛的沉淀物打浆，按配位剂与钛的摩尔比为1.0∶1~20∶1往浆中加入配位剂，用碱调节pH=7~14后，在10~80℃的搅拌反应器中反应，反应5~720min，过滤得到钛的溶液。按锂与钛的摩尔比为4∶5往溶液中加入锂源，再将该混合溶液通过喷雾干燥得到钛酸锂前驱体。将该前驱体在550~900℃下惰性气氛中煅烧1~72h后得到锂离子电池负极材料钛酸锂。但是，工业生产中的纯净硫酸氧钛不易获得，其中的配位剂是有机溶剂，而有机溶剂作为稳定剂在煅烧中仍有微量残余且烟气处理给工业生产带来困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是现有的无机钛源制备钛酸锂的方法中获得的纯净硫酸氧钛不够纯净，有机溶剂作为稳定剂会有残余，烟气处理困难，为此提供一种由无机钛源制备钛酸锂的方法、产品及应用。本专利技术的技术方案是：由无机钛源制备钛酸锂的方法，它包括以下步骤：（1）、钛精矿与硫酸通过酸解、沉降得硫酸氧钛溶液；硫酸氧钛溶液温度控制在50~60℃，板框热过滤硫酸氧钛溶液，去除不溶性杂质；（2）、通过膜过滤装置固液分离去除硫酸亚铁，控制铁钛比＜0.18；（3）、硫酸氧钛溶液在水解锅内搅拌并升温至110℃，保温30min获得纳米级偏钛酸；（4）、用板框压滤机水洗纳米级偏钛酸4h，控制铁含量＜150ppm；（5）、添加去离子水将纳米级偏钛酸浓度调至200g/l~220g/l，纳米级偏钛酸内加入硫酸将PH调节至2~3，添加铝粉还原Fe3+至Fe2+，直至检测Ti3+浓度＞0.5g/l；（6）、用板框压滤机水洗纳米级偏钛酸5h，水温控制55~65℃，控制铁含量＜10ppm；（7）、添加去离子水将纳米级偏钛酸浓度调至200g/l~220g/l，添加浓硫酸，调节pH至4~5，按Li:Ti=1:8.57的摩尔比例添加氢氧化锂到纳米级偏钛酸溶液得到纳米级钛酸锂溶液；（8）、将纳米级钛酸锂溶液加入反应釜内加热至450℃，保温2h，釜内压力控制0.3~0.4MPa，反应釜内搅拌；（9）、反应釜内冷却至60℃，板框压榨后将纳米级钛酸锂溶液送入煅烧窑内煅烧得到纳米级钛酸锂固体，煅烧温度控制650~680℃，煅烧时间＞10h，控制S含量＜200ppm；（10）、气流粉碎得到高纯度纳米级钛酸锂。上述方案中所述步骤（2）将硫酸氧钛溶液降温至5℃以下再进行固液分离。上述方案中所述步骤（3）中的升温速率不低于2℃/min，搅拌转速不低于60r/min。上述方案中所述步骤（4）和（6）中的水洗使用去离子水。高纯度纳米级钛酸锂，由上述无机钛源制备钛酸锂的方法制得。高纯度纳米级钛酸锂的应用，它用于锂离子电池的负极材料。本专利技术的有益效果是采用钛精矿硫酸法制备硫酸氧钛，通过冷冻后膜过滤制取较纯净的硫酸氧钛溶液，快速无晶种水解法制得纳米级二氧化钛水合物，洗涤后通过硫酸加铝粉还原残余的铁，再通过膜过滤获得纯净的偏钛酸浆料，在添加硫酸后的酸性环境里，加入合适组分的氢氧化锂合成，煅烧后制取高纯纳米级钛酸锂；可不添加昂贵的有机溶剂制取纳米级钛酸锂，成本低；煅烧温度低，不易烧结，产品质量稳定；杂质含量低，可用于高端锂电池负极材料用；可工业化大规模生产。具体实施方式本专利技术包括以下步骤：（1）、钛精矿与硫酸通过酸解、沉降得硫酸氧钛溶液；硫酸氧钛溶液温度控制在50~60℃，板框热过滤硫酸氧钛溶液，去除不溶性杂质；（2）、通过膜过滤装置固液分离去除硫酸亚铁，控制铁钛比＜0.18；（3）、硫酸氧钛溶液在水解锅内搅拌并升温至110℃，保温30min获得纳米级偏钛酸；（4）、用板框压滤机水洗纳米级偏钛酸4h，控制铁含量＜150ppm；（5）、添加去离子水将纳米级偏钛酸浓度调至200g/l~220g/l，纳米级偏钛酸内加入硫酸将PH调节至2~3，添加铝粉还原Fe3+至Fe2+，直至检测Ti3+浓度＞0.5g/l；（6）、用板框压滤机水洗纳米级偏钛酸5h，水温控制55~65℃，控制铁含量＜10ppm；（7）、添加去离子水将纳米级偏钛酸浓度调至200g/l~220g/l，添加浓硫酸，调节pH至4~5，按Li:Ti=1:8.57的摩尔比例添加氢氧化锂到纳米级偏钛酸溶液得到纳米级钛酸锂溶液；（8）、将纳米级钛酸锂溶液加入反应釜内加热至450℃，保温2h，釜内压力控制0.3~0.4MPa，反应釜内搅拌,该反应釜的搅拌速度宜低不宜高，以降低设备的负载和延长使用寿命考虑决定适合的搅拌速度；（9）、反应釜内冷却至60℃，板框压榨后将纳米级钛酸锂溶液送入煅烧窑内煅烧得到纳米级钛酸锂固体，煅烧温度控制650~680℃，煅烧时间＞10h，控制S含量＜200ppm；（10）、气流粉碎得到高纯度纳米级钛酸锂。下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1：由无机钛源制备钛酸锂的方法，它包括以下步骤：（1）、钛精矿与硫酸通过酸解、沉降得硫酸氧钛溶液；硫酸氧钛溶液温度控制在50℃，板框热过滤硫酸氧钛溶液，去除不溶性杂质；（2）、将硫酸氧钛溶液降温至5℃，通过膜过滤装置固液分离去除硫酸亚铁，控制铁钛比＜0.18；（3）、硫酸氧钛溶液在水解锅内搅拌并升温至110℃，升温速率2℃/min，搅拌转速60r/min，保温3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.由无机钛源制备钛酸锂的方法，其特征是它包括以下步骤：（1）、钛精矿与硫酸通过酸解、沉降得硫酸氧钛溶液；硫酸氧钛溶液温度控制在50~60℃，板框热过滤硫酸氧钛溶液，去除不溶性杂质；（2）、通过膜过滤装置固液分离去除硫酸亚铁，控制铁钛比＜0.18；（3）、硫酸氧钛溶液在水解锅内搅拌并升温至110℃，保温30min获得纳米级偏钛酸；（4）、用板框压滤机水洗纳米级偏钛酸4h，控制铁含量＜150ppm；（5）、添加去离子水将纳米级偏钛酸浓度调至200g/l~220g/l，纳米级偏钛酸内加入硫酸将PH调节至2~3，添加铝粉还原Fe3+至Fe2+，直至检测Ti3+浓度＞0.5g/l；（6）、用板框压滤机水洗纳米级偏钛酸5h，水温控制55~65℃，控制铁含量＜10ppm；（7）、添加去离子水将纳米级偏钛酸浓度调至200g/l~220g/l，添加浓硫酸，调节pH至4~5，按Li:Ti=1:8.57的摩尔比例添加氢氧化锂到纳米级偏钛酸溶液得到纳米级钛酸锂溶液；（8）、将纳米级钛酸锂溶液加入反应釜内加热至450℃，保温2h，釜内压力控制0.3~0.4MPa，反应釜内搅拌；（9）、反应釜内冷却至60℃，板框压榨后将纳米级钛酸锂溶液送入煅烧窑内煅烧得到纳米级钛酸锂固体，煅烧温度控制650~680℃，煅烧时间＞10h，控制S含量＜200ppm；（10）、气流粉碎得到高纯度纳米级钛酸锂。...

【技术特征摘要】
1.由无机钛源制备钛酸锂的方法，其特征是它包括以下步骤：（1）、钛精矿与硫酸通过酸解、沉降得硫酸氧钛溶液；硫酸氧钛溶液温度控制在50~60℃，板框热过滤硫酸氧钛溶液，去除不溶性杂质；（2）、通过膜过滤装置固液分离去除硫酸亚铁，控制铁钛比＜0.18；（3）、硫酸氧钛溶液在水解锅内搅拌并升温至110℃，保温30min获得纳米级偏钛酸；（4）、用板框压滤机水洗纳米级偏钛酸4h，控制铁含量＜150ppm；（5）、添加去离子水将纳米级偏钛酸浓度调至200g/l~220g/l，纳米级偏钛酸内加入硫酸将PH调节至2~3，添加铝粉还原Fe3+至Fe2+，直至检测Ti3+浓度＞0.5g/l；（6）、用板框压滤机水洗纳米级偏钛酸5h，水温控制55~65℃，控制铁含量＜10ppm；（7）、添加去离子水将纳米级偏钛酸浓度调至200g/l~220g/l，添加浓硫酸，调节pH至4~5，按Li:Ti=1:8.57的摩尔比例添加氢氧化锂到纳米级偏钛酸溶液得到纳米级钛酸锂溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：荚玉冬，
申请(专利权)人：安徽迪诺环保新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34