含金红石异相二氧化钛合成钛酸锂的方法技术

本发明专利技术是一种含金红石异相二氧化钛合成钛酸锂的方法。采用的技术方案：包括以下步骤：混料：取含金红石异相二氧化钛与碳酸锂按照1:0.37‑0.40质量比配料，加入蒸馏水中，加入聚乙二醇，再将上述混合物料经锆球砂磨，砂磨时间为2‑4小时，获得钛酸锂前驱体浆料；干燥：将上述钛酸锂前驱体浆料转移入水浴干燥器中进行80‑90℃水浴干燥，干燥时间4‑6小时；高温处理：干燥研磨后物料需要进行两段高温烧结处理，前段烧结是将干燥研磨后前驱体物料，在550℃‑650℃处理；后段烧结为：将冷却后物料初步粉碎过150目筛网，然后进行600℃持续3h烧结，最后在730℃～750℃连续烧结12h。

【技术实现步骤摘要】
含金红石异相二氧化钛合成钛酸锂的方法
本专利技术属于锂离子电池生产工艺领域，具体是一种含金红石异相二氧化钛合成钛酸锂的方法。
技术介绍
当前，锂电新能源产业发展迅速，在国家大力推广下，高能量密度电池与大电流快速充放电池受到国家的大力倡导，钛酸锂材料由于其体积“零应变”、循环性能优越及环境友好等，而被更多的应用在倍率电池研发方面，同时在最新的钠离子电池研究方面，钛酸锂材料也被证实具有钠离子储存效应。钛酸锂材料的主要合成原料为二氧化钛和锂盐，常见型号主要要锐钛矿结构和金红石结构，在以二氧化钛作为钛酸锂电池材料反应原料时，锐钛矿结构则被证明更适合钛酸锂材料的制备。作为钛酸锂及二氧化钛等材料的早期制备企业，江苏特丰新材料科技有限公司及中信国安盟固利动力科技优先公司已经对钛酸锂材料的制备做了大量研究和知识产权保护，中信国安盟固利公司：专利《钛酸锂工业合成方法201010236451.7》将锂盐和二氧化钛分别用有机溶剂预处理；按锂钛摩尔比为0.7-0.9的比例配料并以分散方式混料分散后得前驱体；将前驱体放入马弗炉加热处理,加热温度500-700℃,加热时间1-12小时;自然冷却至室温即获得钛酸锂材料。《高振实密度的钛酸锂材料制备方法201210334372.9》将锂源、钛源、助熔剂与分散剂按一定比例球磨混料，干燥后低温预烧，冷却后高温煅烧生成钛酸锂。《一种合成钛酸锂纳米微球的制备方法201210359963.1》将二氧化钛与水或有机溶剂混合，采用喷雾造粒后得到TiO2纳米微球，将所得TiO2纳米微球进行热处理后与锂盐混合，经高温处理得到Li4Ti5O12纳米微球。江苏特丰新材料科技有限公司的专利：《一种钛酸锂的合成制备方法201710477521.X》将碳酸锂和二氧化钛分别用无水乙醇预处理；再将处理过的碳酸锂和二氧化钛按锂钛摩尔比为0.5-1.2的比例配料并以分散方式混料分散后得前驱体；然后将前驱体放入箱式炉加热处理，加热温度600℃冷却后生成钛酸锂。《一种高容量钛酸锂材料制备方法201710526344.X》：将锂源、钛源、助熔剂与分散剂按一定比例球磨混料，干燥后低温预烧，冷却后高温煅烧生成钛酸锂。即便是在钛酸锂的主要客户企业，如银隆新能源股份有限公司，也对钛酸锂专利进行了相关布局，专利《钛酸锂的制备方法201610592460.7》将氧化钛包覆的锂盐、燃烧剂、氧化剂按照摩尔比Ti:燃烧剂：氧化剂为1:(1.34～4.5):(1.34～4.5)混合均匀后压制成坯体，将所述坯体置于空气中以一定的升温速率预热至一定温度，引发坯体燃烧，最后生成钛酸锂材料。专利《一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池201711145359.8》通过以下步骤进行了材料制备：1)制备二氧化钌/二氧化钛复合物；2)以二氧化钌/二氧化钛复合物、锂源为原料，制备出钛酸锂复合材料。在上述诸多专利中，申请人都集中在了对锂源和钛源比例、氧化剂、助溶剂及喷雾造粒物料形态等方面的研究，而没有切实的关注二氧化钛实际生产过程中存在的问题及对钛酸锂的性能影响；常规的二氧化钛(钛白粉)生产厂家，实际生产过程常存在少量的金红石相混入或者生长在在锐钛矿二氧化钛中，而鉴于金红石相与锐钛型结构的不同，这样的情形常使获得的钛酸锂负极材料电化学性能大大折扣，本专利通过对目前国内工业生产型锐钛矿二氧化钛出发，解决了含少量金红石结构的锐钛型二氧化钛在钛酸锂合成中问题，获得了良好效果，为工业生产制备钛酸锂负极材料提供必要的技术支撑。
技术实现思路
本
技术实现思路
的目的在于提供一种含金红石异相二氧化钛合成钛酸锂的方法，通过利用锂盐的混合及前段预烧处理，解决工业锐钛矿物相不纯净的问题，最终使材料发挥出最佳电化学性能。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：含金红石异相二氧化钛合成钛酸锂的方法，包括以下步骤：（1）混料：取含金红石异相二氧化钛与碳酸锂作为基本反应物，将两者按照1:0.37-0.40质量比进行配料，同时加入蒸馏水中，控制二氧化钛与碳酸锂在混合物中固含量在45%-50%，然后加入占上述混合物总质量0.2-0.4%比例的聚乙二醇，再将上述混合物料经锆球砂磨，砂磨时间为2-4小时，获得钛酸锂前驱体浆料；（2）干燥：将上述钛酸锂前驱体浆料转移入水浴干燥器中进行80-90℃水浴干燥，干燥时间4-6小时，最后将干燥后的物料研磨粉碎；（3）高温处理：干燥研磨后物料需要进行两段高温烧结处理，前段烧结是将干燥研磨后前驱体物料，在550℃-650℃处理，处理时间为3-6小时，然后自然冷却；后段烧结为：将冷却后物料初步粉碎过150目筛网，然后进行600℃持续3h烧结，最后在730℃～750℃连续烧结12h。作为优选，所述步骤（1）中二氧化钛为锐钛矿结构的二氧化钛；作为优选，所述步骤（1）中聚乙二醇为PEG400、PEG800、PEG1000中的一种或它们的混合物。作为优选，所述步骤（1）中砂磨机锆球大小为0.3-0.4μm或0.5-0.6μm；作为优选，所述步骤（2）中水浴干燥器为水浴磁力搅拌器或电动搅拌水浴锅。本专利技术的有益效果：本专利技术方法可以通过与碳酸锂源的混合和前段高温预处理，解决目前工业生产过程中存在的锐钛矿二氧化钛物相不纯带来的影响，而避免了最终钛酸锂材料性能得不到充分发挥，和二氧化钛生产提纯难度大的问题；相对于工业化的提纯改进，本方法具有更经济的实用意义。附图说明图1是本专利技术具体实施例一获得极片的SEM图。图2是本专利技术具体对比例一获得极片的SEM图。图3是本专利技术具体实施例一和对比例一的扣电1C克容量对比。图4是本专利技术具体实施例一和对比例一的XRD物相分析对比。具体实施方案下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术的测试对象是锂离子电池用钛酸锂极片。具体实施例一选取国内钛白粉厂家生产的锐钛矿二氧化钛（上海，锐钛矿），将其与碳酸锂作为基本反应物，将两者按照5.2816:1.9936的质量比进行配料，上述物料加入蒸馏水中,混合后的物料固含量为50%，再加入占总质量0.4%比例的聚乙二醇（PEG-400）;将上述混合物料经锆球砂磨2小时后，获得钛酸锂前驱体浆料；将其转移入旋转蒸发器中进行90℃水浴干燥，最后将干燥后的物料研磨粉碎，然后放于马弗炉内烧结；烧结处理首先按照纯相锐钛矿结构的烧结工艺600℃时间3h进行烧结，高温烧结结束后，自然冷却，最后经气流粉碎机粉碎，过筛，再行按照上述600℃烧结3小时，然后在730℃烧结12小时，最后得到钛酸锂成品。具体实施例二选取国内钛白粉厂家生产的锐钛矿二氧化钛（上海，锐钛矿），将其与碳酸锂作为基本反应物，将其按照5.2816:1.9936的质量比进行配料，将上述混合物料加入蒸馏水中，得到固含量50%的混合物,再加入占0.2%总质量比例的聚乙二醇（PEG-1000）；混合物料经锆球砂磨砂磨2小时后，获得钛酸锂前驱体浆料；将其转移入旋转蒸发器中进行90℃水浴干燥，最后将干燥后的物料研磨粉碎后于马弗炉内烧结；首先按照纯相锐钛矿结构的烧结工艺600℃-6h进行烧结，高温烧结结束后，自然冷却，最后经气流粉碎机粉碎后，过筛后，再行按照600℃烧结3h，然后730℃烧结12h进行烧结获得钛酸锂成品。对比例一选取与实施例一相同规格的原料进行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含金红石异相二氧化钛合成钛酸锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）混料：取含金红石异相二氧化钛与碳酸锂作为基本反应物，将两者按照1:0.37‑0.40质量比进行配料，同时加入蒸馏水中，控制二氧化钛与碳酸锂在混合物中固含量在45%‑50%，然后加入占上述混合物总质量0.2‑0.4%比例的聚乙二醇，再将上述混合物料经锆球砂磨，砂磨时间为2‑4小时，获得钛酸锂前驱体浆料；（2）干燥：将上述钛酸锂前驱体浆料转移入水浴干燥器中进行80‑90℃水浴干燥，干燥时间4‑6小时，最后将干燥后的物料研磨粉碎；（3）高温处理：干燥研磨后物料需要进行两段高温烧结处理，前段烧结是将干燥研磨后前驱体物料，在550℃‑650℃处理，处理时间为3‑6小时，然后自然冷却；后段烧结为：将冷却后物料初步粉碎过150目筛网，然后进行600℃持续3h烧结，最后在730℃～750℃连续烧结12h。

【技术特征摘要】
1.一种含金红石异相二氧化钛合成钛酸锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）混料：取含金红石异相二氧化钛与碳酸锂作为基本反应物，将两者按照1:0.37-0.40质量比进行配料，同时加入蒸馏水中，控制二氧化钛与碳酸锂在混合物中固含量在45%-50%，然后加入占上述混合物总质量0.2-0.4%比例的聚乙二醇，再将上述混合物料经锆球砂磨，砂磨时间为2-4小时，获得钛酸锂前驱体浆料；（2）干燥：将上述钛酸锂前驱体浆料转移入水浴干燥器中进行80-90℃水浴干燥，干燥时间4-6小时，最后将干燥后的物料研磨粉碎；（3）高温处理：干燥研磨后物料需要进行两段高温烧结处理，前段烧结是将干燥研磨后前驱体物料，在550℃-650℃处理，处理时间为3-6小时，然后自然冷却；后段烧结为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜显振，孟博，
申请(专利权)人：山东精工电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37