层状和尖晶石钛酸锂以及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于产生钛酸锂的方法，所述方法包括以下步骤：通过水性化学处理来合成钛酸锂水合物中间体，并且对所述钛酸锂水合物中间体进行热处理以产生所述钛酸锂。所述钛酸锂水合物优选地是(Li1.81H0.19)Ti20.＜＜2H20。所述钛酸锂优选地是Li4Ti5O12(LTO)。合成所述钛酸锂水合物中间体可以包括将含钛化合物与含锂化合物在溶剂中混合以产生锂-钛前体混合物。优选地，所述含锂化合物包括四氯化钛TiCI4。本发明专利技术还涉及一种根据所述方法获得的钛酸锂以及一种包含所述钛酸锂的锂电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】层状和尖晶石铁酸结w及其制备方法 专利
本专利技术总体设及产生铁酸裡。更具体而言，它设及一种用于制备层状和尖晶石铁 酸裡的方法，和从该种方法获得的产物，W及其在电化学能量存储装置中示例性作为电极 材料的用途。[000引专利技术背景 目前，清洁能源技术越来越普及，该个浪潮是由对石油工业的依赖减轻或不存在 依赖而对高输出和燃料高效能源不断提高的需求驱动的。在各种清洁能源技术中，电化学能量存储技术-尤其是裡离子电池-因其相对低 的质量和高能量密度而吸引了很多关注。裡离子电池（LIB)被广泛用于消费者电子产品， 如手机、便携式计算机W及摄像机，其中它占有超过90%的市场，并且其中到2020年，市场 价值有望达到430亿美元。 除了消费者电子产品的成熟市场之外，正在增长的LIB的重要市场存在于电力存 储网络W及汽车和运输产业中，尤其是在电动车辆中。随着对减少二氧化碳排放需求的增 长和对化石燃料能量的依赖性的增加，W及对可持续生态友好的高效能量系统的兴趣的持 续高涨，电化学能量存储装置如LIB提供了一种可行的替代方案。到2015年，汽车LIB市 场价值有望达到90亿美元。 对汽车裡离子电池的最重要的要求是合理的成本、高电化学性能（快速充电/放 电时间）、长使用寿命（包括恶劣状况如热震荡或机械震荡中的可靠性）W及高安全性。 传统的LIB设计包含电解质、裡钻二氧化物（LiCo〇2)阴极W及石墨阳极。在LIB 的放电阶段期间，石墨中嵌入的裡被释放并且朝向阴极迁移。同时，电子流向阴极，从而生 成电。 传统上，石墨是LIB中最常用的阳极材料。然而，基于石墨的LIB表现出若干缺点， 包括：-在满充电状态下，裡化石墨电极是高度反应性的； -在100°c至150°C的范围内的温度下发生纯化薄膜的热降解，从而导致热失控， 该会引起激烈的放热反应或爆炸； -接近于金属裡的低工作电压。 该些缺点会导致安全问题。 而就阴极方面而言，磯酸铁裡（LiFeP〇4)是选择用于汽车应用的阴极材料，由于 不认为阳极石墨可用于电动车辆，因此对铁酸裡产生了兴趣。在众多铁酸裡组合物之中， Liji成12 (LT0)是优选的电极材料-它是安全的并且有益于高速率和长寿命的汽车LIB。 石墨是一种相对廉价的材料，并且它具有非常好的容量，但它的缺点是相对差的 安全性（由于形成所谓的"固体电解质界面（SEI)")、寿命短化及慢充电/放电特征（低性 能）。通过比较，铁酸裡（LT0)具有的容量仅是175mAhg4 (50%的石墨的值），但是有利地是 在充电/放电阶段期间具有零应变（即，裡离子嵌入过程中的体积变化仅为0. 2 % )，该带 来长使用寿命和比石墨短100倍的充电时间，过度充电情况下可忽略至没有的裡沉积W及 无固体电解质界面（归因于其高且平坦的工作电压，1. 55V)，该使得铁酸裡变得极为安全 (表1)。此外，LTO的相对小的粒度有利于裡扩散到晶体结构中。因此，基于铁酸裡的LIB 非常适用于汽车工业，并且用于所有种类的车辆，包括电动车辆巧V)和插电式混合动力电 动车辆（P肥V)。表1.电极材料的比较；Li4Tis〇i2(LTO)对比石墨 【主权项】1. 一种用于产生钛酸锂（LTO)的方法，所述方法包括以下步骤： (a) 提供具有式I的钛酸锂水合物（LTH)中间体：(Li2_xHx)Ti2O5 ?nH20，其中 0彡X彡0. 5,优选地其中0. 1彡X彡0. 3,或更优选地其中0. 15彡X彡0. 25,并且其中0 <n< 4,优选地其中1彡n彡3 ;以及 (b) 对具有式I的所述LTH中间体进行热处理以产生所述LT0。2. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤（a)中的所述LTH是通过使含钛化合物与含 锂化合物在水性溶剂中混合以产生锂-钛前体混合物而获得。3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述混合步骤在低于20°C的温度下完成。4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述混合步骤在低于KTC的温度下完成。5. 根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述混合步骤是在高于10的pH和 为6的Li/Ti摩尔比下完成。6. 根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述含钛化合物包括四烷氧基钛或 四氯化钛。7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述含钛化合物包括四异丙氧基钛、四丁氧基钛 或其组合。8. 根据权利要求6所述的方法，其中所述含钛化合物包括四氯化钛。9. 根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中所述含锂化合物包括LiOH、LiNO3、 LiCl、Li2C03、Li20、LiHC03、Li2S04、乙酸锂或其组合。10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述含锂化合物包括氢氧化锂。11. 根据权利要求2至10中任一项所述的方法，其中所述水性溶剂包括有机溶剂和水 的混合物。12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述有机溶剂包括酮、醇或其组合。13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述有机溶剂包括丙酮或乙醇，或其组合。14. 根据权利要求2至10中任一项所述的方法，其中所述水性溶剂是水或碱性水溶液。15. 根据权利要求1至14中任一项所述的方法，还包括分离沉淀物并且使所述沉淀物 在低于100°C的温度下经受老化，以产生所述LTH中间体。16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述分离沉淀物的步骤包括离心。17. 根据权利要求15或16所述的方法，其中所述老化所述沉淀物是在50°C与100°C之 间的温度下进行。18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述温度是约80°C。19. 根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述老化所述沉淀物进行多达 36小时。20. 根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中所述老化所述沉淀物在不搅拌下 进行。21. 根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中所述老化所述沉淀物在搅拌下进 行。22. 根据权利要求15至21中任一项所述的方法，其中所述老化还包括将所述沉淀物添 加在氢氧化锂水溶液中。23. 根据权利要求22所述的方法，还包括分离产生的所述LTH中间体的步骤。24. 根据权利要求22所述的方法，其中所述老化所述沉淀物在浓度为0. 1至0. 6M，优 选地0. 2至0. 4M，以及优选地0. 25至0. 3M的氢氧化锂溶液中完成。25. 根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述提供具有式I的LTH中间体 的步骤还包括对所获得的所述LTH中间体进行干燥的步骤。26. 根据权利要求1至25中任一项所述的方法，其中步骤（a)中的所述LTH中间体是 (Li1.81H〇.19)Ti2O5 ? 2H20。27. 根据权利要求2至26中任一项所述的方法，其中所述混合步骤还包括添加含掺杂 剂的化合物。28. 根据权利要求27所述的方法，其中所述含掺杂剂的化合物包括以下的一种或多 种：一种或多种金属元素Al、Mg、Ga、Fe、Co、Se、Y、Mn、Ni、Cr或V的乙酸盐、硝酸盐、氯化 物、氟化物以及溴化物。29. 根据权利要求1至28中任一项所述的方法，其中所述热处理所述LTH中间体的步 骤（b)包括在350°C至700°C的范围内的温度下加热所述LTH中间体。30. 根据权利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生钛酸锂(LTO)的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供具有式I的钛酸锂水合物(LTH)中间体：(Li2‑xHx)Ti2O5·nH2O，其中0≤x≤0.5，优选地其中0.1≤x≤0.3，或更优选地其中0.15≤x≤0.25，并且其中0＜n＜4，优选地其中1≤n≤3；以及(b)对具有式I的所述LTH中间体进行热处理以产生所述LTO。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·德莫普洛斯，HC·邱，K·扎吉布，A·盖尔斐，
申请(专利权)人：魁北克电力公司，麦吉尔大学，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA