32]将本实施例制备的硅酸钛锂负极材料与导电炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)以质量比为8:1:1的比例研磨混合均匀，然后加入适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)调成浆状，将其涂在铜箔上在120°C的干燥箱中干燥4h，然后切割成片，制成锂离子电池负极片。将该锂离子电池负极片组装成扣式电池测试其性能，其充放电曲线图如图2所示，循环测试曲线如图3所示。由图2可知，本实施例的硅酸钛锂负极材料制备成电池时，具有较低的充放电平台和较高的可逆容量，测得其嵌锂平台在0.35V，首次充电比容量为213.1mAh/g。由图3可知，本实施例的硅酸钛锂负极材料制成电池，在循环的过程中电池容量衰减较小，30次循环之后电池的容量保持率达到92.84%，电池的容量保持率良好。
[0033]实施例2:
[0034]一种本发明的利用钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法，包括以下步骤:
[0035](I)将钛铁矿进行破碎后，用质量浓度为25%的硫酸在常压下浸出(硫酸与钛铁矿的质量比为1.5)，浸出温度为110°C，浸出1.0h后将浆料冷却至室温，过滤得到钛渣和含铁酸液。
[0036](2)将钛渣用去离子水反复洗涤三次得到总质量为75.4234g的钛渣，对洗涤后的钛渣进行元素分析，得到其中的钛和硅的质量分数分别为45.34%和3.78%。然后向洗涤后的钛渣中加入72.8848g醋酸锂和36.8233g 二氧化硅混匀，将所得混合物在85°C的干燥箱中烘干15h，得到前驱体。
[0037](3)将前驱体在氩气的保护下置于马弗炉中先以500°C的温度预煅烧5h，再升至950°C下焙烧10h，得到硅酸钛锂负极材料。
[0038]将本实施例制备的硅酸钛锂负极材料与导电炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)以质量比为8:1:1的比例研磨混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)调成浆状，将其涂在铜箔上在120°C的干燥箱中干燥4h，然后切割成片，制成锂离子电池负极片。将该锂离子电池负极片组装成扣式电池测试其性能，其嵌锂平台在0.36V，首次充电比容量为217.3mAh/g。
[0039]实施例3:
[0040]一种本发明的利用钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法，包括以下步骤:
[0041](I)将钛铁矿进行破碎后，用质量浓度为40%的硫酸在常压下浸出(硫酸与钛铁矿的质量比为1.0)，浸出温度为80°C，浸出1.0h后将浆料冷却至室温，过滤得到钛渣和含铁酸液。
[0042](2)将钛渣用去离子水反复洗涤三次得到总质量为83.5693g的钛渣，对洗涤后的钛渣进行元素分析，得到其中的钛和硅的质量分数分别为48.24%和4.47%。然后向洗涤后的钛渣中加入58.0700g硝酸锂和120.4858g四氯化硅混匀，将所得混合物在80°C的干燥箱中烘干15h，得到前驱体。
[0043](3)将前驱体在氩气的保护下置于马弗炉中先以600°C的温度预煅烧5h，再升至750°C下焙烧24h，得到硅酸钛锂负极材料。
[0044]将本实施例制备的硅酸钛锂负极材料与导电炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)以质量比8:1:1的比例研磨混合均匀，加入适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)调成浆状，将其涂在铜箔上在120°C的干燥箱中干燥4h，然后切割成片，制成锂离子电池负极片。将该锂离子电池负极片组装成扣式电池测试其性能，其嵌锂平台在0.34V，首次充电比容量为210.8.1mAh/g。
【主权项】
1.一种利用钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将所述钛铁矿破碎后，在常压下酸浸，过滤洗涤得到含铁酸液和钛渣； (2)向所述钛渣中加入锂源和硅源混合均匀后烘干，得到前驱体；其中，锂源和硅源的添加量要保证前驱体中锂、钛和硅的元素摩尔比为1.90?2.25:0.90?1.25:0.90?1.25 ； (3)将所述前驱体在惰性保护气氛中将温度升至450?700°C进行预煅烧，再将温度升至750?950°C进行焙烧，得到所述硅酸钛锂负极材料。2.如权利要求1所述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(I)中，酸为硫酸、盐酸和硝酸中的一种或几种；酸的质量分数为15%?40%。3.如权利要求1所述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(I)中，酸的加入量与钛铁矿的质量比为0.5?2.0，酸浸温度为80?150°C。4.如权利要求1所述的制备硅酸钛锂负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，锂源为乙酸锂、草酸锂、氯化锂、硝酸锂或硫酸锂；硅源为四氟化硅、四氯化硅、氧化硅、正硅酸四乙酯、正硅酸乙酯、氮化硅、二甲基二氯硅烷、硅橡胶、原硅酸、二硅酸、二乙基氯硅、硅胶、硅油、乙基二氯硅烷、正硅酸四甲酯、硅酸、偏硅酸中的一种或几种的混合。5.如权利要求1?4任一项所述的制备娃酸钛锂负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，烘干的温度为75?85°C，烘干时间为10?20h。6.如权利要求1?4任一项所述的制备娃酸钛锂负极材料的方法，其特征在于，所述步骤⑶中，预煅烧的时间为3?5h ;焙烧时间为10?24h。7.如权利要求1?4任一项所述的制备娃酸钛锂负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，惰性保护气氛是指氮气、氩气中的一种或两种混合气氛。
【专利摘要】本发明公开了一种利用钛铁矿制备硅酸钛锂负极材料的方法，包括以下步骤：(1)将所述钛铁矿破碎后，在常压下酸浸，过滤洗涤得到含铁酸液和钛渣；(2)向所述钛渣中加入锂源和硅源混合均匀后烘干，得到前驱体；其中，锂源和硅源的添加量要保证前驱体中锂、钛和硅的元素摩尔比为1.90～2.25：0.90～1.25：0.90～1.25；(3)将所述前驱体在惰性保护气氛中将温度升至450～700℃进行预煅烧，再将温度升至750～950℃进行焙烧，得到所述硅酸钛锂负极材料。本发明的方法不仅有原料价格低廉，获得的硅酸钛锂负极材料产品形貌规则，粒度均匀，其电化学性能优异，可以广泛使用于锂离子电池材料中。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M4/58, H01M4/1397
【公开号】CN105140516
【申请号】CN201510573978
【发明人】王志兴, 席昭, 郭华军, 李新海, 彭文杰, 胡启阳, 杨勇
【申请人】中南大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月10日