一種三維網狀釩酸銨納米晶體的制備方法與流程

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，涉及一種三維網狀釩酸銨納米晶體的制備方法。

背景技術：

從人類文明開始，能量的開發、利用和存儲就與人類的生活方式和生活質量息息相關。長期使用的化石燃料，增加了地球的溫室效應，加劇了環境的惡化，對人類的生存環境構成了極大的威脅。為了能夠充分利用自然能，如風能、潮汐能、太陽能等，就需要有合適的能量存儲裝置，所以可循環利用的二次電池，作為一種可以有效存儲能源的媒介，實現了化學能和電能的相互轉化。隨著二次電池的發展，鋰離子電池逐漸成為現在最先進的二次電池，具有放電電壓高、比能量大、循環壽命長、安全性能好和綠色環保的特點，因此也被稱為綠色電池。

我國釩資源豐富，釩氧化物、釩酸鹽以及衍生物作為一種重要的儲能材料被科研工作人員廣泛的研究和開發。層狀結構的nh4v3o8材料具有易于離子嵌入和脫出、導電性好、電化學穩定等優點，同時也具有光催化特性，電傳導性能，儲鋰、儲鈉的性能。與liv3o8材料相比，由于和h⁺的存在，層狀結構的nh4v3o8材料的層間距得到了擴大，同時也形成了分子內氫鍵，有效的提高了材料的穩定性，nh4v3o8材料憑借獨特的結構和電子輸送特性，還可以應用于超級電容器材料、傳感器材料和納米電子器件，具有非常廣泛的應用和研究前景。

目前制備純相nh4v3o8主要有沉淀法、水熱法、溶劑熱法和溶膠凝膠法，所制備的形貌只要有一維的納米棒、納米帶、納米線和二維的片狀形貌，這些具有獨特結構材料有效提高了nh4v3o8的電化學性能，但是nh4v3o8納米材料三維網狀形貌相關報道比較少，三維網狀的形貌相比于低維材料，能夠促進與電解液的接觸面積，加快鋰離子的傳輸速度和電子的傳輸速率。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種三維網狀釩酸銨納米晶體的制備方法；該方法制備的三維網狀釩酸銨納米晶體作為鋰電池的正極材料，具有電化學性能好，大倍率性能優的特點，且該方法工藝簡單，產物化學組成均一。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

這種三維網狀釩酸銨納米晶體的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將nh4vo3均勻溶解在乙二醇中，得到濃度為0.01-0.1mol/l的nh4vo3溶液；

步驟2，使用hcl溶液將nh4vo3溶液的ph調節至1-3.5，然后在超聲環境下反應0.5-2h，得到a溶液；

步驟3，將a溶液放置在內襯為聚四氯乙烯的反應釜中，并且將反應釜設置在均相水熱反應中，在160-200℃下反應4-8h，反應釜中得到懸浮液；

步驟4，將懸浮液離心分離得到粉體產物，使用去離子水和無水乙醇交替清洗粉體產物，然后將清洗后的產物進行干燥，得到三維網狀nh4v3o8納米晶體。

更進一步的，本發明的特點還在于：

其中步驟1中的乙二醇的濃度為100％，且加熱至30-50℃。

其中步驟2中hcl溶液的濃度為0.1-0.2mol/l。

其中步驟2超聲環境下的超聲功率為200-300w。

其中步驟3中a溶液在反應釜中的填充比為30-60％。

其中步驟4中干燥的具體過程是，將清洗后的產物進行在真空環境下干燥，干燥溫度為50-80℃，干燥時長為5-10h。

其中干燥過程為使用電熱真空干燥箱進行干燥。

本發明的有益效果是：相對于現有技術，本發明采用超聲裝置輔助、乙二醇溶劑的溶劑熱法制備三維網狀nh4v3o8納米晶體；超聲過程中可以為后續的化學反應提供能量，使溶液快速均勻的混合；使用100％乙二醇作為溶劑，在高壓密閉的反應釜內，nh4vo3溶液比較活潑，產物生成速率緩慢，因此所得產物nh4v3o8的粒徑大小、形貌容易控制，同時產物的分散性較好。

附圖說明

圖1為本發明的三維網狀釩酸銨納米晶體的xrd圖譜；

圖2為本發明的三維網狀釩酸銨納米晶體的sem照片。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：

本發明提供了一種三維網狀釩酸銨納米晶體的制備方法，具體過程為：

步驟1，將nh4vo3均勻溶解在100％的乙二醇溶劑中，并且加熱至30-50℃，得到濃度為0.01-0.1mol/l的nh4vo3溶液；

步驟2，使用0.1-0.2mol/l的hcl溶液將nh4vo3溶液的ph調節至1-3.5，然后在200-300w的超聲環境下反應0.5-2h，得到a溶液；

步驟3，將a溶液放置在內襯為聚四氯乙烯的反應釜中，反應釜內的填充比為30-60％，并且將反應釜設置在均相水熱反應中，在160-200℃下反應4-8h，反應釜中得到懸浮液；

步驟4，將懸浮液離心分離得到粉體產物，使用去離子水和無水乙醇交替清洗粉體產物，然后將清洗后的產物在電熱真空干燥箱內進行干燥5-10h，得到三維網狀nh4v3o8納米晶體，電熱真空干燥箱內為真空環境，溫度為50-80℃。

從圖1所示的xrd圖譜可知，本發明制得的三維網狀nh4v3o8納米晶體的結晶性好，純度高；從圖2所示的sem照片可知，本發明制得的三維網狀nh4v3o8納米晶體具有三維網狀結構，并且結構較為疏松。

本發明的具體實施例包括：

實施例1

制備三維網狀釩酸銨納米晶體，其具體過程為：

步驟1，將nh4vo3均勻溶解在100％的乙二醇溶劑中，并且加熱至30℃，得到濃度為0.05mol/l的nh4vo3溶液；

步驟2，使用0.1mol/l的hcl溶液將nh4vo3溶液的ph調節至3，然后在300w的超聲環境下反應2h，得到a溶液；

步驟3，將a溶液放置在內襯為聚四氯乙烯的反應釜中，反應釜內的填充比為50％，并且將反應釜設置在均相水熱反應中，在180℃下反應6h，反應釜中得到懸浮液；

步驟4，將懸浮液離心分離得到粉體產物，使用去離子水和無水乙醇交替清洗粉體產物，然后將清洗后的產物在電熱真空干燥箱內進行干燥8h，得到三維網狀nh4v3o8納米晶體，電熱真空干燥箱內為真空環境，溫度為60℃。

實施例2

制備三維網狀釩酸銨納米晶體，其具體過程為：

步驟1，將nh4vo3均勻溶解在100％的乙二醇溶劑中，并且加熱至50℃，得到濃度為0.03mol/l的nh4vo3溶液；

步驟2，使用0.1mol/l的hcl溶液將nh4vo3溶液的ph調節至3，然后在300w的超聲環境下反應1h，得到a溶液；

步驟3，將a溶液放置在內襯為聚四氯乙烯的反應釜中，反應釜內的填充比為60％，并且將反應釜設置在均相水熱反應中，在160℃下反應8h，反應釜中得到懸浮液；

步驟4，將懸浮液離心分離得到粉體產物，使用去離子水和無水乙醇交替清洗粉體產物，然后將清洗后的產物在電熱真空干燥箱內進行干燥8h，得到三維網狀nh4v3o8納米晶體，電熱真空干燥箱內為真空環境，溫度為60℃。

實施例3

制備三維網狀釩酸銨納米晶體，其具體過程為：

步驟1，將nh4vo3均勻溶解在100％的乙二醇溶劑中，并且加熱至35℃，得到濃度為0.08mol/l的nh4vo3溶液；

步驟2，使用0.2mol/l的hcl溶液將nh4vo3溶液的ph調節至1，然后在200w的超聲環境下反應2h，得到a溶液；

步驟3，將a溶液放置在內襯為聚四氯乙烯的反應釜中，反應釜內的填充比為40％，并且將反應釜設置在均相水熱反應中，在170℃下反應7h，反應釜中得到懸浮液；

步驟4，將懸浮液離心分離得到粉體產物，使用去離子水和無水乙醇交替清洗粉體產物，然后將清洗后的產物在電熱真空干燥箱內進行干燥5h，得到三維網狀nh4v3o8納米晶體，電熱真空干燥箱內為真空環境，溫度為50℃。

實施例4

制備三維網狀釩酸銨納米晶體，其具體過程為：

步驟1，將nh4vo3均勻溶解在100％的乙二醇溶劑中，并且加熱至40℃，得到濃度為0.05mol/l的nh4vo3溶液；

步驟2，使用0.2mol/l的hcl溶液將nh4vo3溶液的ph調節至2，然后在200w的超聲環境下反應1h，得到a溶液；

步驟3，將a溶液放置在內襯為聚四氯乙烯的反應釜中，反應釜內的填充比為30％，并且將反應釜設置在均相水熱反應中，在180℃下反應4h，反應釜中得到懸浮液；

步驟4，將懸浮液離心分離得到粉體產物，使用去離子水和無水乙醇交替清洗粉體產物，然后將清洗后的產物在電熱真空干燥箱內進行干燥10h，得到三維網狀nh4v3o8納米晶體，電熱真空干燥箱內為真空環境，溫度為70℃。

實施例5

制備三維網狀釩酸銨納米晶體，其具體過程為：

步驟1，將nh4vo3均勻溶解在100％的乙二醇溶劑中，并且加熱至45℃，得到濃度為0.01mol/l的nh4vo3溶液；

步驟2，使用0.2mol/l的hcl溶液將nh4vo3溶液的ph調節至3.5，然后在300w的超聲環境下反應1h，得到a溶液；

步驟3，將a溶液放置在內襯為聚四氯乙烯的反應釜中，反應釜內的填充比為50％，并且將反應釜設置在均相水熱反應中，在200℃下反應5h，反應釜中得到懸浮液；

步驟4，將懸浮液離心分離得到粉體產物，使用去離子水和無水乙醇交替清洗粉體產物，然后將清洗后的產物在電熱真空干燥箱內進行干燥8h，得到三維網狀nh4v3o8納米晶體，電熱真空干燥箱內為真空環境，溫度為80℃。

實施例6

制備三維網狀釩酸銨納米晶體，其具體過程為：

步驟1，將nh4vo3均勻溶解在100％的乙二醇溶劑中，并且加熱至45℃，得到濃度為0.08mol/l的nh4vo3溶液；

步驟2，使用0.15mol/l的hcl溶液將nh4vo3溶液的ph調節至2.5，然后在260w的超聲環境下反應1.5h，得到a溶液；

步驟3，將a溶液放置在內襯為聚四氯乙烯的反應釜中，反應釜內的填充比為45％，并且將反應釜設置在均相水熱反應中，在170℃下反應5h，反應釜中得到懸浮液；

步驟4，將懸浮液離心分離得到粉體產物，使用去離子水和無水乙醇交替清洗粉體產物，然后將清洗后的產物在電熱真空干燥箱內進行干燥6h，得到三維網狀nh4v3o8納米晶體，電熱真空干燥箱內為真空環境，溫度為75℃。

實施例2

制備三維網狀釩酸銨納米晶體，其具體過程為：

步驟1，將nh4vo3均勻溶解在100％的乙二醇溶劑中，并且加熱至35℃，得到濃度為0.09mol/l的nh4vo3溶液；

步驟2，使用0.13mol/l的hcl溶液將nh4vo3溶液的ph調節至2，然后在230w的超聲環境下反應0.8h，得到a溶液；

步驟3，將a溶液放置在內襯為聚四氯乙烯的反應釜中，反應釜內的填充比為55％，并且將反應釜設置在均相水熱反應中，在190℃下反應7.5h，反應釜中得到懸浮液；

步驟4，將懸浮液離心分離得到粉體產物，使用去離子水和無水乙醇交替清洗粉體產物，然后將清洗后的產物在電熱真空干燥箱內進行干燥6h，得到三維網狀nh4v3o8納米晶體，電熱真空干燥箱內為真空環境，溫度為70℃。