CN106129392B - 一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法及制备的Cu3V2O8材料 - Google Patents

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Abstract

一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法及制备的Cu3V2O8材料，将氧化亚铜分散于去离子水中，形成均匀的悬浮液A，然后加入偏钒酸铵粉体加入，搅拌均匀，得到悬浮液B；调节悬浮液B的pH值为5.0～10，然后搅拌均匀形成反应前驱液；将反应前驱液在室温下搅拌下进行反应10～60h；反应结束后，将沉淀抽滤、洗涤、烘干，所得粉体即为花状Cu3V2O8材料。由于本发明在室温下即可进行反应，避免了高温固相法采用高温带来的耗能问题，以及形貌无法控制的问题。该方法原料易得，工艺设备非常简单，无需复杂设备，可在常温常压下制备出所需材料，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。

Description

一种常温液相搅拌法制备花状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，特别涉及一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法及制备的Cu3V2O8材料。
背景技术
具有层状结构的钒酸铜材料在嵌入/脱嵌锂离子过程中可以进行多步还原(Cu2+/Cu+及 Cu+/Cu0)，被认为是具有潜在应用价值的锂离子电池负极材料[Cheng F,ChenJ.Transition metal vanadium oxides and vanadate materials for lithiumbatteries[J].Journal of Materials Chemistry,2011,21(27):9841-9848.].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
Cu3V2O8的合成方法主要是高温固相法。Hillel等以氧化铜和五氧化二钒为原料，在700℃下保温72h制得Cu3V2O8材料[Hillel T,Ein-Eli Y.Copper vanadate aspromising high voltage cathodes for Li thermal batteries[J].Journal of PowerSources,2013,229:112-116]。袁朝军等同样以该方法制得纯相Cu3V2O8材料[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.]。从中可以看出，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常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法及制备的 Cu3V2O8材料，该方法采用硬模板-室温液相搅拌法，通过原位刻蚀生长技术，制备出具有良好的电化学性能的花状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：
一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法，包括以下步骤：
1)将氧化亚铜分散于去离子水中，形成均匀的悬浮液A，然后加入偏钒酸铵粉体加入，搅拌均匀，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜与偏钒酸铵的质量比为0.125g：0.102g；
2)调节悬浮液B的pH值为5.0～10，然后搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液在室温下搅拌下进行反应10～60h；
4)反应结束后，将沉淀抽滤、洗涤、烘干，所得粉体即为花状Cu3V2O8材料。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤1)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1)中通过磁力搅拌0.2～5h形成均匀的悬浮液A。
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。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤2)中搅拌时间为0.5～2h。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤2)中采用氨水调节pH值。
本发明进一步的改进在于，所述的步骤4)中的洗涤具体是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)中的烘干的是50～100℃，时间为2～12h。
一种花状Cu3V2O8材料，该Cu3V2O8材料是由厚度20～30nm的纳米片构成的0.8～1.2um 的薄片，自组装而成的直径1.0～1.5um的花状形貌。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明方法采用液相搅拌法，以氧化亚铜作为铜源和模板剂，氨水作为刻蚀剂，通过原位刻蚀生长，在室温下，只需要简单的搅拌，即可制备出花状Cu3V2O8材料。该方法采用硬模板-室温液相搅拌法，由于本发明在室温下即可进行反应，避免了高温固相法采用高温带来的耗能问题，以及形貌无法控制的问题。该方法原料易得，工艺设备非常简单，无需复杂设备，可在常温常压下制备出所需材料，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。
本发明制备的Cu3V2O8材料是由厚度为20～30nm的纳米片构成的0.8～1.2um的薄片，自组装而成的直径约1.0～1.5um的花状形貌。由于本发明制备的Cu3V2O8材料为纳米级粉体，花状形貌使该材料具有较大的比表面积，有助于缩短充放电过程中锂离子的扩散路径，提高其倍率性能和循环性能。同时也可以有效的增加其与电解液的接触面积，从而具有优异的电化学性能。
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10.0K扫描电镜形貌图；
图3为本发明制备的Cu3V2O8材料的50K扫描电镜形貌图。
具体实施方式
实施例1
1)称取0.125g新制备的氧化亚铜(Cu2O)分散于80mL去离子中，磁力搅拌0.5h，得到悬浮液A，然后加入0.102g分析纯的偏钒酸铵(NH4VO3)粉体，磁力搅拌2h，得到悬浮液B；
2)用氨水调节悬浮液B的pH值为7.0，然后继续磁力搅拌0.5h形成反应前驱液；
3)将反应前驱液在室温下搅拌30h进行反应；
4)反应结束后，将沉淀抽滤、用去离子水和无水乙醇分别洗涤4～6次，在60℃下烘干 10h，所得粉体即为花状Cu3V2O8材料。
从图1可以看出，所制备的钒酸铜为Cu3V2O8，其衍射峰与标准卡片(JCPDS No.74-1503) 的标准峰相吻合，无明显的杂质。
从图2和图3可以看出，该Cu3V2O8材料是由粒径为20～30nm的颗粒构成的0.8～1.2um 的薄片，自组装而成的直径约1.0～1.5um的花状形貌。其中纳米片的厚度为20～30nm。
实施例2
1)将新制备的氧化亚铜分散于去离子水中，磁力搅拌2h，形成均匀的悬浮液A，然后加入分析纯的偏钒酸铵粉体加入，搅拌2h，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜、偏钒酸铵与去离子水的比为0.125g：0.102g：80mL；
2)采用氨水调节悬浮液B的pH值为5.0，然后搅拌1h，形成反应前驱液；
3)将反应前驱液在室温下搅拌下进行反应10h；
4)反应结束后，将沉淀抽滤、去离子水和无水乙醇分别洗涤4次，在50℃下烘干12h，所得粉体即为花状Cu3V2O8材料。
实施例3
1)将新制备的氧化亚铜分散于去离子水中，磁力搅拌3h，形成均匀的悬浮液A，然后加入分析纯的偏钒酸铵粉体加入，搅拌1h，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜、偏钒酸铵与去离子水的比为0.125g：0.102g：80mL；
2)采用氨水调节悬浮液B的pH值为10，然后搅拌1.5h，形成反应前驱液；
3)将反应前驱液在室温下搅拌下进行反应60h；
4)反应结束后，将沉淀抽滤、去离子水和无水乙醇分别洗涤5次，在100℃下烘干2h，所得粉体即为花状Cu3V2O8材料。
实施例4
1)将新制备的氧化亚铜分散于去离子水中，磁力搅拌5h，形成均匀的悬浮液A，然后加入分析纯的偏钒酸铵粉体加入，搅拌0.5h，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜、偏钒酸铵与去离子水的比为0.125g：0.102g：80mL；
2)采用氨水调节悬浮液B的pH值为6，然后搅拌2h，形成反应前驱液；
3)将反应前驱液在室温下搅拌下进行反应50h；
4)反应结束后，将沉淀抽滤、去离子水和无水乙醇分别洗涤6次，在80℃下烘干6h，所得粉体即为花状Cu3V2O8材料。
本发明制备的Cu3V2O8材料是由厚度20～30nm的纳米片构成的0.8～1.2um的薄片，自组装而成的直径1.0～1.5um的花状形貌。

Claims (7)

1.一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将氧化亚铜分散于去离子水中，形成均匀的悬浮液A，然后加入偏钒酸铵粉体加入，搅拌均匀，得到悬浮液B；其中，氧化亚铜与偏钒酸铵的质量比为0.125g：0.102g；氧化亚铜与去离子水的比为0.125g：80mL；
2)采用氨水调节悬浮液B的pH值为5.0～10，然后搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液在室温下搅拌下进行反应10～60h；
4)反应结束后，将沉淀抽滤、洗涤、烘干，所得粉体即为花状Cu3V2O8材料，该Cu3V2O8材料是由厚度20～30nm的纳米片构成的0.8～1.2um的薄片，自组装而成的直径1.0～1.5um的花状形貌。
2.根据权利要求1所述的一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤1)中偏钒酸铵为分析纯。
3.根据权利要求1所述的一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤1)中通过磁力搅拌0.2～5h形成均匀的悬浮液A。
4.根据权利要求1所述的一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤2)中搅拌时间为0.5～2h。
5.根据权利要求1所述的一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤4)中的洗涤具体是用去离子水和无水乙醇分别洗涤4～6次。
6.根据权利要求1所述的一种常温液相搅拌法制备花状Cu3V2O8材料的方法，其特征在于，所述的步骤4)中烘干的温度是50～100℃，时间为2～12h。
7.一种基于权利要求1所述方法制得的花状Cu3V2O8材料，其特征在于，该Cu3V2O8材料是由厚度20～30nm的纳米片构成的0.8～1.2um的薄片，自组装而成的直径1.0～1.5um的花状形貌。
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