從鈦鐵礦直接制備鈦酸鋰的研究.pdf

1、尖晶石型Li4Ti5O12是一種“零應(yīng)變"材料,具有充放電電壓平臺(tái)穩(wěn)定、循環(huán)性能優(yōu)良、成本低等優(yōu)點(diǎn),成為鋰離子電池行業(yè)極具發(fā)展前景的電極材料。目前,制備鈦酸鋰材料的鈦源主要是TiO2和鈦的有機(jī)化合物。本文創(chuàng)新性地研究了以鈦鐵礦為原始物料制備Li4Ti5O12材料,實(shí)現(xiàn)了精礦——材料的一體化,縮短了工藝流程。本論文簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)鈦資源現(xiàn)狀及酸法處理工藝、機(jī)械活化,在綜述鋰離子電池及其負(fù)極材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,介紹了Li4Ti5O12的結(jié)構(gòu)

2、、特性、制備方法等。采用高溫固相法制備了Li4Ti5O12材料,將掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、EDS能譜分析等現(xiàn)代物理測(cè)試技術(shù)和恒流充放電、交流阻抗等電化學(xué)研究手段相結(jié)合,對(duì)鋰離子電池負(fù)極材料的相關(guān)性能進(jìn)行了表征。
　　 近年來(lái)機(jī)械活化技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦物的強(qiáng)化浸出研究。礦物在機(jī)械力的作用下,在細(xì)化顆粒的同時(shí)產(chǎn)生晶格畸變、晶格無(wú)序化乃至無(wú)定形,活化礦物浸出時(shí)的活化能大大降低。本文工作把機(jī)械活化引入到鈦鐵礦的酸解

3、中,研究了機(jī)械球磨活化鈦鐵礦的酸解工藝。結(jié)果表明,當(dāng)采用球料比20:1,球磨2h時(shí)活化效果最好,粒度較小、表面積較大、表面活性增加,強(qiáng)化了浸出過(guò)程;用鹽酸浸出活化后的鈦鐵礦,最佳的工藝條件為:鹽酸濃度20wt.％,反應(yīng)溫度100℃,酸礦比1.2,反應(yīng)時(shí)間2h。在此條件下,主元素Ti和Fe、Mg、Al、Mn、Ca得到了很好的分離,最終Ti和Si定向富集在渣中,Fe、Mg、Al、Mn和Ca等定向富集在浸出液中。
　　 在堿浸富鈦渣過(guò)

4、程中,無(wú)定形SiO2與NaOH反應(yīng)生成Na2SiO3進(jìn)入溶液,pH值高于14時(shí),Si主要以SiO32-離子形式存在,該離子極易溶解于水。氫氧化鈉堿液一段除硅,最佳的工藝條件為:反應(yīng)溫度110℃,堿過(guò)量系數(shù)2.67,反應(yīng)時(shí)間2h,堿濃度為40 g/L。在此條件下,Ti和Si元素得到了較好的分離,Ti不溶于堿液而存在于固相中,90.5％的Si進(jìn)入一段濾液中。二段浸出后Si的總浸出率達(dá)到98.7％,實(shí)現(xiàn)了Ti和Si元素很好的分離,二段濾液返回

5、一段浸出,實(shí)現(xiàn)氫氧化鈉資源的回收利用。
　　 以Li2CO3為鋰源,分別以富鈦渣和堿浸后含鈦固體料為鈦源,850℃下燒結(jié)16h合成尖晶石型Li4Ti5O12負(fù)極材料。研究比較了不同鈦源制得的Li4Ti5O12負(fù)極材料的性能。結(jié)果表明,富鈦渣為鈦源制備的材料含有雜質(zhì)相金紅石TiO2和Li2(TiSiO5),電化學(xué)性能較差,0.1C和1C倍率下的可逆比容量分別為105.1 mAh/g和76.5 mAh/g,循環(huán)性能良好;堿浸后含鈦固

6、體料為鈦源制備的材料為單一純相Li4Ti5O12,結(jié)晶良好,電化學(xué)性能較好,0.1C和1C倍率下的可逆比容量分別為138.3 mAh/g和126.8 mAh/g,循環(huán)性能良好;金紅石TiO2為鈦源制備的Li4Ti5O12材料,0.1C和1C倍率下的可逆比容量分別為163.5 mAh/g和134.3 mAh/g。以堿浸后含鈦固體料為鈦源制備的材料的性能還沒(méi)有達(dá)到金紅石TiO2為鈦源制備的材料的性能,其原因是堿浸后含鈦固體料還含有極微量的硅