CN105977480B - 一种低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法及制备的Cu3V2O8材料 - Google Patents

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Abstract

一种低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法及制备的Cu3V2O8材料，向装有去离子水的容器中加入氧化亚铜，搅拌形成均匀的悬浮液A；将偏钒酸铵粉体加入到悬浮液A中，搅拌均匀，得到悬浮液B；调节悬浮液B的pH值为5.0～11，然后搅拌均匀形成反应前驱液；将反应前驱液在50～100℃下加热2～30h后，分离、洗涤、烘干，所得粉体即为纳米片状Cu3V2O8材料。该方法原料易得，工艺流程简单，无需复杂设备，在低温水浴下就能制备出所需材料，安全性好，可行性强。

Description

一种低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法及制备的 Cu3V2O8材料
技术领域
本发明属于电池的电极材料技术领域，涉及一种Cu3V2O8材料的制备方法，特别涉及一种低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法及制备的Cu3V2O8材料。
背景技术
Cu3V2O8作为锂离子电池负极材料具有成本低、比容量高、能量密度高等优点，有望极大地提高锂离子电池负极材料的电性能[Cheng F,Chen J.Transition metal vanadiumoxides and vanadate materials for lithium batteries[J].Journal of MaterialsChemistry,2011, 21(27):9841-9848.].。
目前Cu3V2O8的合成方法主要是高温固相法。[Hillel T,Ein-Eli Y.Coppervanadate as promising high voltage cathodes for Li thermal batteries[J].Journal of Power Sources,2013, 229:112-116],[袁朝军杨少华,曹晓晖,等.LiSi/LiNO3-KNO3/Cu3V2O8热电池放电性能的研究 [J].电源技术,2015,39(7):1479-1481.]。但固相法所制的的材料，均为块状颗粒。有研究证明，控制材料的形貌，可以明显改善其电化学性能[范宗良.Preparation and Properties of Copper Vanadate Materials[J].2015,04(2):52-65.]。但固相法的固有缺陷决定其无法达成这一目标。除此之外，高温固相法虽然合成操作简单，但需要长时间高温处理，这无疑会增加能耗，在实际生产中，会使得成本急剧增加，且产物形貌无法控制，会对产物的电化学性能产生影响。所以该方法难以实现大规模工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米片状Cu3V2O8材料的制备方法及制备的Cu3V2O8材料，该方法采用硬模板-水浴法，通过原位生长，制备出具有纳米片状形貌的Cu3V2O8材料，该方法操作简单，重复性高，生产成本低，适合工业化生产。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法，包括以下步骤：
1)向装有去离子水的容器中加入氧化亚铜，搅拌形成均匀的悬浮液A；
2)将偏钒酸铵粉体加入到悬浮液A中，搅拌均匀，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜与偏钒酸铵的比为0.125g：0.102g；
3)调节悬浮液B的pH值为5.0～11，然后搅拌均匀形成反应前驱液；
4)将反应前驱液在50～100℃下加热2～30h后，分离、洗涤、烘干，所得粉体即为纳米片状Cu3V2O8材料。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤1)中氧化亚铜与去离子水的比为0.125g：80mL；步骤1)中搅拌采用机械搅拌，搅拌的时间为0.2～2h。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤2)中偏钒酸铵为分析纯。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤2)中采用机械搅拌，搅拌的时间为0.5～2h。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤3)中采用氨水或冰醋酸调节pH值；步骤3)中搅拌的时间为10min。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤4)中加热采用水浴加热。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤4)中分离采用减压抽滤。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤4)中洗涤采用去离子水和无水乙醇分别洗涤4～6 次。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤4)中的干燥是在50～100℃下烘干2～12h。
一种纳米片Cu3V2O8材料，该Cu3V2O8材料呈1.5～2.0um纳米片状，纳米片的厚度为100～300nm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明方法采用该方法采用硬模板-水浴法，以氧化亚铜作为原料和硬模板，即氧化亚铜既是铜源又作为形貌控制剂，在低温水浴下，即可制备出纳米片状Cu3V2O8材料。该Cu3V2O8材料是呈1.5～2.0um纳米片状，纳米片的厚度为100～300nm。该方法原料易得，工艺流程简单，无需复杂设备，在低温水浴下就能制备出所需材料，安全性好，可行性强，所以非常经济、实用，具有很好的工业化前景。经本发明制备的Cu3V2O8材料为纳米级粉体，纳米片状形貌可有效缩短充放电过程中锂离子的扩散路径，加快锂离子扩散速率。同时纳米片状使该材料具有较大的比表面积，有助于提高其倍率性能和循环性能是一种潜在的锂离子电池电极材料。
进一步的，采用氨水调节pH值时，氨水同时又作为刻蚀剂。
附图说明
图1为本发明制备的Cu3V2O8材料的X射线衍射图；
图2为本发明制备的Cu3V2O8材料的扫描电镜形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进行详细说明。
实施例1
1)向装有80mL去离子水的三口烧瓶中加入0.125g新制备的氧化亚铜(Cu2O)，机械搅拌0.5h，使之形成均匀的悬浮液A；
2)将0.102g分析纯的偏钒酸铵(NH4VO3)粉体加入到悬浮液A中，机械搅拌2h，得到悬浮液B；
3)用氨水调节前驱液的pH值为7.0，然后继续搅拌10min形成反应前驱液；
4)将装有反应前驱液的三口烧瓶密封后，置于水浴锅中在90℃下，恒温水浴5h后，将产物抽滤进行分离，将所得沉淀洗涤，在60下烘干5h，所得粉体即为纳米片状Cu3V2O8材料。
从图1可以看出，实施例1所制备的钒酸铜为Cu3V2O8，其衍射峰与标准卡片(JCPDSNo.74-1503)的标准峰相吻合，无明显的杂质。
从图2可以看出，实施例1所制备的Cu3V2O8材料呈1.5～2.0um六角形纳米片状，纳米片的厚度为100～300nm。
实施例2
1)向装有去离子水的容器中加入新制备的氧化亚铜，机械搅拌0.2h，形成均匀的悬浮液 A；其中，氧化亚铜与去离子水的比为0.125g：80mL；
2)将分析纯的偏钒酸铵粉体加入到悬浮液A中，机械搅拌0.5h，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜与偏钒酸铵的比为0.125g：0.102g；
3)采用冰醋酸调节悬浮液B的pH值为6，然后搅拌10min，形成反应前驱液；
4)将反应前驱液在100℃下水浴加热2h后，减压抽滤进行分离，将沉淀采用去离子水和无水乙醇分别洗涤4～6次，然后在50℃下烘干12h，所得粉体即为纳米片状Cu3V2O8材料。
实施例3
1)向装有去离子水的容器中加入新制备的氧化亚铜，机械搅拌2h，形成均匀的悬浮液A；其中，氧化亚铜与去离子水的比为0.125g：80mL；
2)将分析纯的偏钒酸铵粉体加入到悬浮液A中，机械搅拌1h，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜与偏钒酸铵的比为0.125g：0.102g；
3)采用冰醋酸调节悬浮液B的pH值为5，然后搅拌10min，形成反应前驱液；
4)将反应前驱液在50℃下水浴加热30h后，减压抽滤进行分离，将沉淀采用去离子水和无水乙醇分别洗涤4～6次，然后在70℃下烘干10h，所得粉体即为纳米片状Cu3V2O8材料。
实施例4
1)向装有去离子水的容器中加入新制备的氧化亚铜，机械搅拌1h，形成均匀的悬浮液A；其中，氧化亚铜与去离子水的比为0.125g：80mL；
2)将分析纯的偏钒酸铵粉体加入到悬浮液A中，机械搅拌1.5h，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜与偏钒酸铵的比为0.125g：0.102g；
3)采用氨水调节悬浮液B的pH值为11，然后搅拌10min，形成反应前驱液；
4)将反应前驱液在70℃下水浴加热20h后，减压抽滤进行分离，将沉淀采用去离子水和无水乙醇分别洗涤4～6次，然后在80℃下烘干8h，所得粉体即为纳米片状Cu3V2O8材料。
实施例5
1)向装有去离子水的容器中加入新制备的氧化亚铜，机械搅拌1.5h，形成均匀的悬浮液 A；其中，氧化亚铜与去离子水的比为0.125g：80mL；
2)将分析纯的偏钒酸铵粉体加入到悬浮液A中，机械搅拌1.5h，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜与偏钒酸铵的比为0.125g：0.102g；
3)采用氨水调节悬浮液B的pH值为8，然后搅拌10min，形成反应前驱液；
4)将反应前驱液在60℃下水浴加热10h后，减压抽滤进行分离，将沉淀采用去离子水和无水乙醇分别洗涤4～6次，然后在100℃下烘干2h，所得粉体即为纳米片状Cu3V2O8材料。
本发明制备的Cu3V2O8材料呈1.5～2.0um纳米片状，纳米片的厚度为100～300nm。

Claims (7)

1.一种低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）向装有去离子水的容器中加入新制备的氧化亚铜，搅拌形成均匀的悬浮液A；
2）将偏钒酸铵粉体加入到悬浮液A中，搅拌均匀，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜与偏钒酸铵的比为0.125g：0.102g；
3）调节悬浮液B的pH值为5.0~11，然后搅拌均匀形成反应前驱液；其中，采用氨水或冰醋酸调节pH值；步骤3）中搅拌的时间为10min；
4）将反应前驱液在50~100℃下水浴加热2~30h后，分离、洗涤、烘干，所得粉体即为纳米片状Cu3V2O8材料。
2.根据权利要求1所述的低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤1）中氧化亚铜与去离子水的比为0.125g：80mL；步骤1）中搅拌采用机械搅拌，搅拌的时间为0.2~2h。
3.根据权利要求1所述的低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤2）中偏钒酸铵为分析纯。
4.根据权利要求1所述的低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤2）中采用机械搅拌，搅拌的时间为0.5~2h。
5.根据权利要求1所述的低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤4）中分离采用减压抽滤。
6.根据权利要求1所述的低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤4）中洗涤采用去离子水和无水乙醇分别洗涤4~6次。
7.根据权利要求1所述的低温水浴法制备纳米片状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤4）中的干燥是在50~100 oC下烘干2~12h。
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