一种钛酸锂纳米颗粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钛酸锂纳米颗粒及其制备方法和应用。所述钛酸锂的制备方法包括如下步骤：S1、将钛源经水解反应形成水合钛酸沉淀；S2、将所述水合钛酸沉淀分散于含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成溶液；S3、常温常压条件下，往所述溶液中添加醇促使溶液中的钛酸锂前驱物络合析出，经分离获得钛酸锂前驱物沉淀；S4、将所述钛酸锂前驱物沉淀干燥后，经低温退火处理获得钛酸锂纳米颗粒产物。本发明专利技术方法原料易得，生产成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂纳米颗粒及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料领域，具体的说，本专利技术涉及一种钛酸锂及其制备方法和应用。
技术介绍
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。钛酸锂材料的应用性能与其粒径大小密切相关。例如，纳米结构可以减小材料的颗粒粒径，当应用于电池电极时，可以减少离子嵌入与嵌出的距离和路径，提升电池的快速充放电性能；纳米结构还可以增加材料的比表面积，可吸附更多的导电剂并增加与电解液的接触面积，减少电流密度，进一步提升材料的快速充放电性能。因此，制备合成具有纳米尺度的钛酸锂颗粒将大大提高钛酸锂材料的在锂离子电池领域的应用效果。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℃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。此外，由于该方法制备得到的钛酸锂中的锂离子无法被氢离子完全取代，该方法制备得到的钛酸锂无法通过酸交换过程转化为钛酸，从而进一步也无法获得相应的二氧化钛材料。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获得钛酸锂前驱物，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。因此，开发工艺流程简单，无需高温或高压的合成条件，便于规模化生产的钛酸锂纳米颗粒的制备方法，仍具有很大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种钛酸锂纳米颗粒的制备方法本专利技术的另一目的在于提供本专利技术所述的制备方法制备得到的钛酸锂纳米颗粒。本专利技术的另一目的在于提供以本专利技术所述的钛酸锂纳米颗粒为原料制备得到的离子电池电极。本专利技术的另一目的在于提供以本专利技术所述的钛酸锂纳米颗粒为原料制备钛酸的方法。本专利技术的另一目的在于提供本专利技术所述方法制备得到的钛酸。本专利技术的另一目的在于提供本专利技术所述的钛酸在制备离子电池或污染物吸附中的应用。本专利技术的另一目的在于提供以本专利技术所述的钛酸为原料制备二氧化钛的方法。本专利技术的另一目的在于提供本专利技术所述的方法制备得到的二氧化钛。本专利技术的再一目的在于提供本专利技术所述的二氧化钛的应用。为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种钛酸锂纳米颗粒的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：S1、将钛源经水解反应形成水合钛酸沉淀；S2、将所述水合钛酸沉淀分散于含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成溶液；S3、常温常压条件下，往所述溶液中添加醇促使溶液中的钛酸锂前驱物络合析出，经分离获得钛酸锂前驱物沉淀；S4、将所述钛酸锂前驱物沉淀干燥后，经低温退火处理获得钛酸锂纳米颗粒产物。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述钛源选自乙醇钛、丙醇钛、异丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、和钛酸中的一种或多种的组合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S1所述水解反应为将所述钛源分散在纯水中直接水解生成水合钛酸，或者，所述水解反应为将所述钛源分散在含有碱性物质的水溶液中水解生成水合钛酸。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S1所述水解反应为在常温下进行水解反应。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述碱性物质选自氨水、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、乙二胺、二乙胺、三乙胺、乙胺、乙醇胺、和二乙醇胺中的一种或多种的组合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述碱性物质的水溶液中碱性物质的浓度为0.001-1M。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S1所述钛源经水解反应后还进行提纯处理得到纯度大于等于97％的水合钛酸。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S1所述提纯方式选自水洗-离心分离、水洗-膜分离、水洗-过滤以及渗析中的一种或多种的组合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S2所述含有氢氧化锂的双氧水水溶液中氢氧化锂的浓度为0.4mol/L至2.0mol/L；所述含有氢氧化锂的双氧水水溶液中双氧水的体积分数为千分之五至百分之十。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，氢氧化锂的浓度为0.6mol/L-1.7mol/L。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，氢氧化锂的浓度为0.8mol/L-1.6mol/L。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，氢氧化锂的浓度为1.0mol/L至1.5mol/L。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，双氧水的体积分数为百分之一至百分之三。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，双氧水的体积分数为百分之二至百分之三。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述常温常压条件中的温度为15℃至35℃。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述常温常压条件中的常压为室温下的标准大气压。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S3所述醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、乙二醇、和聚乙二醇中的一种或多种的组合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S3所述醇的添加量占溶液的体积比为百分之五至百分之五十。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S3所述醇的添加量占溶液的体积比为百分之十至百分之二十五。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S3所述分离采用固液分离的方式。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S3所述分离采用离心分离、过滤分离、抽滤分离、膜分离中的一种。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S4所述低温退火处理的温度为150℃至550℃。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S4所述低温退火处理的温度为200℃至350℃。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S4所述低温退火处理的时间为1h至24h。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S4所述低温退火处理的时间为6h至24h。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤S4所述低温退火处理的条件选自常压条件、真空条件、惰性气氛条件中的一种。另一方面，本专利技术还提供了本专利技术任意一项所述的制备方法制备得到的钛酸锂纳米颗粒。另一方面，本专利技术还提供了以本专利技术所述的钛酸锂纳米颗粒为原料制备得到的离子电池电极。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述离子电池选自锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、或镁离子电池。另一方面，本专利技术还提供了以本专利技术所述的钛酸锂纳米颗粒为原料制备钛酸的方法，其中，所述方法包括将所述钛酸锂经氢离子交换得到钛酸产物。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述氢离子交换过程包括：将钛酸锂纳米颗粒放入酸溶液中进行氢离子交换获得钛酸，酸溶液的浓度为0.001mol/L至0.1mol/L。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，酸溶液的浓度为0.01mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛酸锂纳米颗粒的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：S1、将钛源经水解反应形成水合钛酸沉淀；S2、将所述水合钛酸沉淀分散于含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成溶液；S3、常温常压条件下，往所述溶液中添加醇促使溶液中的钛酸锂前驱物络合析出，经分离获得钛酸锂前驱物沉淀；S4、将所述钛酸锂前驱物沉淀干燥后，经低温退火处理获得钛酸锂纳米颗粒产物。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂纳米颗粒的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：S1、将钛源经水解反应形成水合钛酸沉淀；S2、将所述水合钛酸沉淀分散于含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成溶液；S3、常温常压条件下，往所述溶液中添加醇促使溶液中的钛酸锂前驱物络合析出，经分离获得钛酸锂前驱物沉淀；S4、将所述钛酸锂前驱物沉淀干燥后，经低温退火处理获得钛酸锂纳米颗粒产物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述钛源选自乙醇钛、丙醇钛、异丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、和钛酸中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S1所述水解反应为将所述钛源分散在纯水中直接水解生成水合钛酸，或者，所述水解反应为将所述钛源分散在含有碱性物质的水溶液中水解生成水合钛酸(优选所述碱性物质选自氨水、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、乙二胺、二乙胺、三乙胺、乙胺、乙醇胺、和二乙醇胺中的一种或多种的组合)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S1所述钛源经水解反应后还进行提纯处理得到纯度大于等于97％的水合钛酸(优选所述提纯方式选自水洗-离心分离、水洗-膜分离、水洗-过滤以及渗析中的一种或多种的组合)。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S2所述含有氢氧化锂的双氧水水溶液中氢氧化锂的浓度为0.4mol/L至2.0mol/L(优选氢氧化锂的浓度为1.0mol/L至1.5mol/L)；所述含有氢氧化锂的双氧水水溶液中双氧水的体积分数为千分之五至百分之十(优选双氧水的体积分数为百分之一至百分之三)。6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S3所述醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、乙二醇、和聚乙二醇中的一种或多种的组合。7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S3所述醇的添加量占溶液的体积比为百分之五至百分之五十(优选体积比为百分之十至百分之二十五)。8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S3所述分离采用固液分离的方式(优选离心分离、过滤分离、抽滤分离、膜分离中的一种)。9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S4所述低温退火处理的温度为150℃至550℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：金旭，李建明，刘合，王晓琦，孙亮，焦航，刘晓丹，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11