一种三维网状钒酸铵纳米晶体的制备方法与流程

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种三维网状钒酸铵纳米晶体的制备方法。

背景技术：

从人类文明开始，能量的开发、利用和存储就与人类的生活方式和生活质量息息相关。长期使用的化石燃料，增加了地球的温室效应，加剧了环境的恶化，对人类的生存环境构成了极大的威胁。为了能够充分利用自然能，如风能、潮汐能、太阳能等，就需要有合适的能量存储装置，所以可循环利用的二次电池，作为一种可以有效存储能源的媒介，实现了化学能和电能的相互转化。随着二次电池的发展，锂离子电池逐渐成为现在最先进的二次电池，具有放电电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好和绿色环保的特点，因此也被称为绿色电池。

我国钒资源丰富，钒氧化物、钒酸盐以及衍生物作为一种重要的储能材料被科研工作人员广泛的研究和开发。层状结构的nh4v3o8材料具有易于离子嵌入和脱出、导电性好、电化学稳定等优点，同时也具有光催化特性，电传导性能，储锂、储钠的性能。与liv3o8材料相比，由于和h⁺的存在，层状结构的nh4v3o8材料的层间距得到了扩大，同时也形成了分子内氢键，有效的提高了材料的稳定性，nh4v3o8材料凭借独特的结构和电子输送特性，还可以应用于超级电容器材料、传感器材料和纳米电子器件，具有非常广泛的应用和研究前景。

目前制备纯相nh4v3o8主要有沉淀法、水热法、溶剂热法和溶胶凝胶法，所制备的形貌只要有一维的纳米棒、纳米带、纳米线和二维的片状形貌，这些具有独特结构材料有效提高了nh4v3o8的电化学性能，但是nh4v3o8纳米材料三维网状形貌相关报道比较少，三维网状的形貌相比于低维材料，能够促进与电解液的接触面积，加快锂离子的传输速度和电子的传输速率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种三维网状钒酸铵纳米晶体的制备方法；该方法制备的三维网状钒酸铵纳米晶体作为锂电池的正极材料，具有电化学性能好，大倍率性能优的特点，且该方法工艺简单，产物化学组成均一。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种三维网状钒酸铵纳米晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将nh4vo3均匀溶解在乙二醇中，得到浓度为0.01-0.1mol/l的nh4vo3溶液；

步骤2，使用hcl溶液将nh4vo3溶液的ph调节至1-3.5，然后在超声环境下反应0.5-2h，得到a溶液；

步骤3，将a溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，并且将反应釜设置在均相水热反应中，在160-200℃下反应4-8h，反应釜中得到悬浮液；

步骤4，将悬浮液离心分离得到粉体产物，使用去离子水和无水乙醇交替清洗粉体产物，然后将清洗后的产物进行干燥，得到三维网状nh4v3o8纳米晶体。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中步骤1中的乙二醇的浓度为100％，且加热至30-50℃。

其中步骤2中hcl溶液的浓度为0.1-0.2mol/l。

其中步骤2超声环境下的超声功率为200-300w。

其中步骤3中a溶液在反应釜中的填充比为30-60％。

其中步骤4中干燥的具体过程是，将清洗后的产物进行在真空环境下干燥，干燥温度为50-80℃，干燥时长为5-10h。

其中干燥过程为使用电热真空干燥箱进行干燥。

本发明的有益效果是：相对于现有技术，本发明采用超声装置辅助、乙二醇溶剂的溶剂热法制备三维网状nh4v3o8纳米晶体；超声过程中可以为后续的化学反应提供能量，使溶液快速均匀的混合；使用100％乙二醇作为溶剂，在高压密闭的反应釜内，nh4vo3溶液比较活泼，产物生成速率缓慢，因此所得产物nh4v3o8的粒径大小、形貌容易控制，同时产物的分散性较好。

附图说明

图1为本发明的三维网状钒酸铵纳米晶体的xrd图谱；

图2为本发明的三维网状钒酸铵纳米晶体的sem照片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种三维网状钒酸铵纳米晶体的制备方法，具体过程为：

步骤1，将nh4vo3均匀溶解在100％的乙二醇溶剂中，并且加热至30-50℃，得到浓度为0.01-0.1mol/l的nh4vo3溶液；

步骤2，使用0.1-0.2mol/l的hcl溶液将nh4vo3溶液的ph调节至1-3.5，然后在200-300w的超声环境下反应0.5-2h，得到a溶液；

步骤3，将a溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，反应釜内的填充比为30-60％，并且将反应釜设置在均相水热反应中，在160-200℃下反应4-8h，反应釜中得到悬浮液；

步骤4，将悬浮液离心分离得到粉体产物，使用去离子水和无水乙醇交替清洗粉体产物，然后将清洗后的产物在电热真空干燥箱内进行干燥5-10h，得到三维网状nh4v3o8纳米晶体，电热真空干燥箱内为真空环境，温度为50-80℃。

从图1所示的xrd图谱可知，本发明制得的三维网状nh4v3o8纳米晶体的结晶性好，纯度高；从图2所示的sem照片可知，本发明制得的三维网状nh4v3o8纳米晶体具有三维网状结构，并且结构较为疏松。

本发明的具体实施例包括：

实施例1

制备三维网状钒酸铵纳米晶体，其具体过程为：

步骤1，将nh4vo3均匀溶解在100％的乙二醇溶剂中，并且加热至30℃，得到浓度为0.05mol/l的nh4vo3溶液；

步骤2，使用0.1mol/l的hcl溶液将nh4vo3溶液的ph调节至3，然后在300w的超声环境下反应2h，得到a溶液；

步骤3，将a溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，反应釜内的填充比为50％，并且将反应釜设置在均相水热反应中，在180℃下反应6h，反应釜中得到悬浮液；

步骤4，将悬浮液离心分离得到粉体产物，使用去离子水和无水乙醇交替清洗粉体产物，然后将清洗后的产物在电热真空干燥箱内进行干燥8h，得到三维网状nh4v3o8纳米晶体，电热真空干燥箱内为真空环境，温度为60℃。

实施例2

制备三维网状钒酸铵纳米晶体，其具体过程为：

步骤1，将nh4vo3均匀溶解在100％的乙二醇溶剂中，并且加热至50℃，得到浓度为0.03mol/l的nh4vo3溶液；

步骤2，使用0.1mol/l的hcl溶液将nh4vo3溶液的ph调节至3，然后在300w的超声环境下反应1h，得到a溶液；

步骤3，将a溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，反应釜内的填充比为60％，并且将反应釜设置在均相水热反应中，在160℃下反应8h，反应釜中得到悬浮液；

步骤4，将悬浮液离心分离得到粉体产物，使用去离子水和无水乙醇交替清洗粉体产物，然后将清洗后的产物在电热真空干燥箱内进行干燥8h，得到三维网状nh4v3o8纳米晶体，电热真空干燥箱内为真空环境，温度为60℃。

实施例3

制备三维网状钒酸铵纳米晶体，其具体过程为：

步骤1，将nh4vo3均匀溶解在100％的乙二醇溶剂中，并且加热至35℃，得到浓度为0.08mol/l的nh4vo3溶液；

步骤2，使用0.2mol/l的hcl溶液将nh4vo3溶液的ph调节至1，然后在200w的超声环境下反应2h，得到a溶液；

步骤3，将a溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，反应釜内的填充比为40％，并且将反应釜设置在均相水热反应中，在170℃下反应7h，反应釜中得到悬浮液；

步骤4，将悬浮液离心分离得到粉体产物，使用去离子水和无水乙醇交替清洗粉体产物，然后将清洗后的产物在电热真空干燥箱内进行干燥5h，得到三维网状nh4v3o8纳米晶体，电热真空干燥箱内为真空环境，温度为50℃。

实施例4

制备三维网状钒酸铵纳米晶体，其具体过程为：

步骤1，将nh4vo3均匀溶解在100％的乙二醇溶剂中，并且加热至40℃，得到浓度为0.05mol/l的nh4vo3溶液；

步骤2，使用0.2mol/l的hcl溶液将nh4vo3溶液的ph调节至2，然后在200w的超声环境下反应1h，得到a溶液；

步骤3，将a溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，反应釜内的填充比为30％，并且将反应釜设置在均相水热反应中，在180℃下反应4h，反应釜中得到悬浮液；

步骤4，将悬浮液离心分离得到粉体产物，使用去离子水和无水乙醇交替清洗粉体产物，然后将清洗后的产物在电热真空干燥箱内进行干燥10h，得到三维网状nh4v3o8纳米晶体，电热真空干燥箱内为真空环境，温度为70℃。

实施例5

制备三维网状钒酸铵纳米晶体，其具体过程为：

步骤1，将nh4vo3均匀溶解在100％的乙二醇溶剂中，并且加热至45℃，得到浓度为0.01mol/l的nh4vo3溶液；

步骤2，使用0.2mol/l的hcl溶液将nh4vo3溶液的ph调节至3.5，然后在300w的超声环境下反应1h，得到a溶液；

步骤3，将a溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，反应釜内的填充比为50％，并且将反应釜设置在均相水热反应中，在200℃下反应5h，反应釜中得到悬浮液；

步骤4，将悬浮液离心分离得到粉体产物，使用去离子水和无水乙醇交替清洗粉体产物，然后将清洗后的产物在电热真空干燥箱内进行干燥8h，得到三维网状nh4v3o8纳米晶体，电热真空干燥箱内为真空环境，温度为80℃。

实施例6

制备三维网状钒酸铵纳米晶体，其具体过程为：

步骤1，将nh4vo3均匀溶解在100％的乙二醇溶剂中，并且加热至45℃，得到浓度为0.08mol/l的nh4vo3溶液；

步骤2，使用0.15mol/l的hcl溶液将nh4vo3溶液的ph调节至2.5，然后在260w的超声环境下反应1.5h，得到a溶液；

步骤3，将a溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，反应釜内的填充比为45％，并且将反应釜设置在均相水热反应中，在170℃下反应5h，反应釜中得到悬浮液；

步骤4，将悬浮液离心分离得到粉体产物，使用去离子水和无水乙醇交替清洗粉体产物，然后将清洗后的产物在电热真空干燥箱内进行干燥6h，得到三维网状nh4v3o8纳米晶体，电热真空干燥箱内为真空环境，温度为75℃。

实施例2

制备三维网状钒酸铵纳米晶体，其具体过程为：

步骤1，将nh4vo3均匀溶解在100％的乙二醇溶剂中，并且加热至35℃，得到浓度为0.09mol/l的nh4vo3溶液；

步骤2，使用0.13mol/l的hcl溶液将nh4vo3溶液的ph调节至2，然后在230w的超声环境下反应0.8h，得到a溶液；

步骤3，将a溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，反应釜内的填充比为55％，并且将反应釜设置在均相水热反应中，在190℃下反应7.5h，反应釜中得到悬浮液；

步骤4，将悬浮液离心分离得到粉体产物，使用去离子水和无水乙醇交替清洗粉体产物，然后将清洗后的产物在电热真空干燥箱内进行干燥6h，得到三维网状nh4v3o8纳米晶体，电热真空干燥箱内为真空环境，温度为70℃。