在新能源與新材料領(lǐng)域，鈦酸鋰是一種兼具獨(dú)特性能與廣泛應(yīng)用價(jià)值的化合物，其特殊的晶體結(jié)構(gòu)賦予了優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性與電化學(xué)性能，成為多個(gè)高景氣行業(yè)的關(guān)鍵材料。要深入了解這種材料，我們先從其基本屬性入手。

鈦酸鋰主要有兩種核心類型，分別是化學(xué)式為Li?TiO?的偏鈦酸鋰和化學(xué)式為Li?Ti?O??的新型鈦酸鋰，外觀均呈白色粉末狀，熔點(diǎn)介于1325℃至1564℃之間，不溶于水，僅溶于濃硫酸及氫氟酸，且具有極強(qiáng)的助熔性。其中，Li?Ti?O??作為典型的“零應(yīng)變”材料，在嵌入或脫出鋰離子時(shí)晶格常數(shù)和體積變化小于1%，這一特性使其在充放電循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極高，循環(huán)壽命可達(dá)數(shù)千次以上，同時(shí)還具備高鋰離子擴(kuò)散系數(shù)、高嵌鋰電位等優(yōu)勢，從根源上降低了鋰晶枝產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，顯著提升了應(yīng)用產(chǎn)品的安全性。

憑借這些優(yōu)異特性，鈦酸鋰已在多個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。在鋰電池行業(yè)，Li?Ti?O??是新一代鋰離子電池的核心負(fù)極材料，尤其適用于新能源汽車動(dòng)力電池、大型儲(chǔ)能電池以及風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池，其長循環(huán)壽命與高安全性能可使電池使用壽命延長至10-15年，大幅降低使用成本；在鹽湖提鋰行業(yè)，鈦酸鋰基吸附劑憑借對(duì)鋰離子的高選擇性吸附能力，成為鹽湖資源高效提取鋰的關(guān)鍵材料，助力鋰資源的綠色高效開發(fā)；在陶瓷與搪瓷行業(yè)，鈦酸鋰作為高效助熔劑，加入約2%即可顯著提高鈦白搪瓷面釉的乳白性，同時(shí)降低燒成溫度，優(yōu)化生產(chǎn)工藝并提升產(chǎn)品品質(zhì)。此外，其在電子陶瓷絕緣體制造等領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

在鈦酸鋰的制備工藝中，噴霧干燥技術(shù)因具有干燥效率高、產(chǎn)品粒徑均勻、易于工業(yè)化放大等優(yōu)勢而被廣泛采用。其中，離心式與氣流式噴霧干燥機(jī)因適配鈦酸鋰的制備需求，成為主流選擇，那艾儀器噴霧干燥機(jī)制備案例分享。

第一個(gè)案例是核殼結(jié)構(gòu)鈦系鋰離子吸附劑的制備，該方案以偏鈦酸鋰為核心組分，采用離心噴霧干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效成型。制備過程首先將鈦源、鋰源、高分子表面改性劑與水按特定比例混合，其中鋰源與鈦源的摩爾比控制在2.03～2.05:1.0，高分子表面改性劑質(zhì)量為鈦源和鋰源總質(zhì)量的2～5%。混合物先經(jīng)20～30Hz的頻率剪切分散8～12min，再以氧化鋯球?yàn)榻橘|(zhì)進(jìn)行研磨，球料比1～3:1、轉(zhuǎn)速1000～1500rpm的條件下研磨3～5h，使物料粒徑d50達(dá)到0.25～0.45μm。隨后將研磨后的漿料送入離心噴霧干燥設(shè)備，控制進(jìn)料口溫度200～240℃、出料口溫度80～120℃，得到粒徑d50為20～35μm的球形偏鈦酸鋰粉末。為構(gòu)建核殼結(jié)構(gòu)，需將該球形粉末與高分子表面改性劑溶液、鋰源再次混合，滴加鈦源后陳化4～12h，之后再次進(jìn)行離心噴霧干燥，此時(shí)進(jìn)料口溫度提升至200～280℃、出料口溫度90～130℃，獲得粒徑d50為15～30μm的前驅(qū)體粉末。最后經(jīng)固相燒成與質(zhì)子交換處理，得到兼具高吸附容量與長循環(huán)壽命的核殼結(jié)構(gòu)鈦系鋰離子吸附劑，可高效應(yīng)用于鹽湖提鋰場景。

第二個(gè)案例聚焦鋰電池負(fù)極用鈦酸鋰-銦鉍液態(tài)金屬材料的制備，采用氣流式噴霧干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)材料的包覆成型與顆粒化。某公司在制備過程中，首先將鈦酸鋰研磨至50nm～500nm的納米級(jí)顆粒，同時(shí)將金屬銦與金屬鉍按0.55～0.8:1的質(zhì)量比混合，加熱至120℃～180℃形成液態(tài)合金。隨后將液態(tài)合金與納米鈦酸鋰按5～20:95～80的質(zhì)量比混合均勻，將混合物送入氣流式噴霧干燥器中進(jìn)行氣流分散干燥。為保障材料性能，整個(gè)過程在氮?dú)饣蚨栊詺怏w保護(hù)下進(jìn)行，控制干燥器腔室溫度90～120℃、氣流速度4～6m/s、加料速度100～200g/min。通過該工藝制備的鈦酸鋰-銦鉍液態(tài)金屬材料為粒徑50μm～500μm的大顆粒，其中銦鉍合金均勻包覆鈦酸鋰納米顆粒，有效抑制了鈦酸鋰在充放電過程中的產(chǎn)氣問題，顯著提升了鋰電池的安全性能與電化學(xué)穩(wěn)定性。

第三個(gè)案例是基于不同鈦源的尖晶石型鈦酸鋰負(fù)極材料制備，采用離心噴霧干燥結(jié)合后續(xù)煅燒的工藝路線，優(yōu)化材料的電化學(xué)性能。研究中選用兩種鈦源（P25 TiO?與100%銳鈦礦型TiO?）與鋰源混合，加入適量分散劑制備均勻漿料，隨后送入離心噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥成型，通過優(yōu)化進(jìn)料濃度與干燥參數(shù)，獲得粒徑均勻的球形前驅(qū)體粉末。將前驅(qū)體在不同溫度下進(jìn)行煅燒處理后，得到尖晶石型鈦酸鋰材料。為進(jìn)一步提升性能，采用AlPO?對(duì)鈦酸鋰進(jìn)行包覆改性，其中包覆2wt% AlPO?的鈦酸鋰材料表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能：在0.1C倍率下脫鋰比容量可達(dá)189.7mAh/g，1C倍率下為184.5mAh/g，即使在10C高倍率下仍能保持173.1mAh/g的比容量；在1C倍率循環(huán)200次后，首次比容量為185.5mAh/g，容量保持率達(dá)98.06%，在1C/10C倍率循環(huán)100次后容量保持率更是高達(dá)99.18%。將該材料應(yīng)用于LiNi?.?Mn?.?O?/LTO全電池，在0.1C倍率下前五次循環(huán)平均脫鋰比容量為164.8mAh/g，庫侖效率93.30%，展現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)用前景。

鈦酸鋰憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)與電化學(xué)性能，在新能源、新材料等多個(gè)關(guān)鍵行業(yè)發(fā)揮著不可替代的作用。而離心式與氣流式噴霧干燥技術(shù)通過精準(zhǔn)控制工藝參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)鈦酸鋰材料的高效制備與性能優(yōu)化，為其工業(yè)化應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支撐。隨著相關(guān)制備技術(shù)的不斷迭代升級(jí)，鈦酸鋰材料的應(yīng)用場景將進(jìn)一步拓展，為行業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。