专利摘要

本发明公开了一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，步骤1：将NH4VO3加入到有机溶剂中并溶解得NH4VO3溶液；步骤2：向NH4VO3溶液中加入酸液并搅拌调节其pH值，得酸化NH4VO3溶液；步骤3：取2‑甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并超声处理；步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至反应釜中进行水热反应，得悬浮液；步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体清洗后干燥，得四方形纳米管状NH4V3O8晶体。制备出的四方形纳米管状NH4V3O8晶体电导率高，其作为锂离子电池正极材料时，其倍率性能好。

权利要求

1.一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将0.2g～0.4g的NH4VO3加入到15～20mL有机溶剂中并溶解得NH4VO3溶液；

步骤2：向NH4VO3溶液中加入酸液并搅拌调节其pH值为2.0～4.0，得酸化NH4VO3溶液；

步骤3：取0.05～0.1g的2-甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并置于超声波发生器超声处理；

步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至反应釜中在160～180℃下水热反应，得悬浮液；

步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体清洗后干燥，得四方形纳米管状NH4V3O8晶体。

2.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中有机溶剂包括乙醇和乙二醇的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中溶解的过程中加热有机溶剂至30℃～50℃。

4.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤2中酸液包括稀盐酸、草酸、磷酸和柠檬酸的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤2中搅拌的时间为20～60min。

6.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤3中超声波发生器的功率为200～300W，超声处理时间为30～90min。

7.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤4中酸化NH4VO3溶液转至反应釜中并置于均相反应仪中水热反应8～16h。

8.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤4中反应釜的内衬为聚四氯乙烯，反应釜的填充比为30～70％。

9.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤5中清洗为交替使用去离子水和丙酮进行清洗。

10.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤5中干燥为在真空环境中并在50～80℃下干燥5～10h。

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，能源问题成为制约社会发展的主要问题，化石燃料的燃烧导致全球气候变暖。为了社会更好的发展，人类对于清洁能源的需求提出了更高的要求，同时也对新能源的发展提供了更好的契机。而锂离子电池具有比能量高、功率密度高、循环寿命长、自放电小、性能价格比高等优点，已经广泛应用于便携式电子产品、电动交通工具、大型动力电源等领域。正极材料约占整个锂离子电池成本的35～40％，是发展的关键。同时，如果将电池中的正极材料活性物质的比容量提高50％，那么整个电池的比容量将提高28％左右，同等条件下换作负极材料的活性物质，整个电池比容量提高13％，因此对锂离子电池正极材料的研究与开发就显得尤为重要。

NH₄V₃O₈是在LiV₃O₈的基础上提出来的，它与LiV₃O₈一样都是层状结构，属于单斜晶系的P21/m点群，在NH₄V₃O₈的结构中，V₃O₈层沿着c轴紧密连接起来，具有较大半径的NH₄⁺有效增大[V＝O₈]^-层之间的层间距，促进Li⁺的快速传输，还可以在层间形成分子内氢键，稳定其晶体结构，因而NH₄V₃O₈具有比LiV₃O₈的更优异的结构稳定性，研究还发现其实际放电容量不低于LiV₃O₈，且成本更低，是一种更有发展前景的锂离子电池正极材料。

目前通过沉淀法、水热法所制备出的NH₄V₃O₈具有纳米棒状、纳米带状、纳米线状以及花球状等形貌，这些纳米结构虽然明显提高了NH₄V₃O₈的容量和循环性能。但是这种方法制备出的NH₄V₃O₈电导率低，在作为电池正极材料时，其倍率性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的制备方法，制备出的四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体电导率高，其作为锂离子电池正极材料时，其倍率性能好。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.2g～0.4g的NH₄VO₃加入到15～20mL有机溶剂中并溶解得NH₄VO₃溶液；

步骤2：向NH₄VO₃溶液中加入酸液并搅拌调节其pH值为2.0～4.0，得酸化NH₄VO₃溶液；

步骤3：取0.05～0.1g的2-甲基咪唑加入到酸化NH₄VO₃溶液中并置于超声波发生器超声处理；

步骤4：将超声处理后的酸化NH₄VO₃溶液转至反应釜中在160～180℃下水热反应，得悬浮液；

步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体清洗后干燥，得四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体。

进一步的，步骤1中有机溶剂包括乙醇和乙二醇的一种或多种。

进一步的，步骤1中溶解的过程中加热有机溶剂至30℃～50℃。

进一步的，步骤2中酸液包括稀盐酸、草酸、磷酸和柠檬酸的一种或多种。

进一步的，步骤2中搅拌的时间为20～60min。

进一步的，步骤3中超声波发生器的功率为200～300W，超声处理时间为30～90min。

进一步的，步骤4中酸化NH₄VO₃溶液转至反应釜中并置于均相反应仪中水热反应8～16h。

进一步的，步骤4中反应釜的内衬为聚四氯乙烯，反应釜的填充比为30～70％。

进一步的，步骤5中清洗为交替使用去离子水和丙酮进行清洗。

进一步的，步骤5中干燥为在真空环境中并在50～80℃下干燥5～10h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的制备方法，四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体相对于纳米棒状、纳米带状、纳米线状以及花球状等形貌，四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体电导率高，其在应用为锂离子电池正极材料时，其不仅具有更大的比表面积、更短的锂离子扩散路径和较好的结构稳定性，增加了Li⁺脱嵌位点和扩散通道，同时还能缓冲锂离子在充放电过程中体积的变化，其作为锂离子电池正极材料时倍率性能好；同时，本发明中加入的氯化1-甲基-3-乙基咪唑和乙二胺四乙酸，在电化学反应时能够提高材料的电化学窗口。

附图说明

图1为实施例1所制备的四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的XRD图谱；

图2为实施例1所制备的四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的SEM照片。

具体实施方式

下面给出具体的实施例。

实施例1

一种四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.2g的NH₄VO₃加入到20mL乙醇和乙二醇的混合溶剂中并加热至50℃使NH₄VO₃充分溶解得NH₄VO₃溶液；其中，乙醇与乙二醇体积比为1:1；

步骤2：向NH₄VO₃溶液中加入稀盐酸并搅拌30min调节其pH值为3.0，得酸化NH₄VO₃溶液；

步骤3：取0.05g的2-甲基咪唑加入到酸化NH₄VO₃溶液中并置于超声波发生器超声处理30min；其中，超声波发生器功率为300W；

步骤4：将超声处理后的酸化NH₄VO₃溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在180℃下水热反应12h，得悬浮液；反应釜的填充比为30％；

步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在70℃下干燥7h，得四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体。

从图1所示，本发明制备的四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的结晶性好，纯度高；从图2所示，本发明制备的制备的四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体具有四方纳米管状结构，且结构疏松，产物均一性较好。

实施例2

一种四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.23g的NH₄VO₃加入到15mL乙醇中并加热至50℃使NH₄VO₃充分溶解得NH₄VO₃溶液；

步骤2：向NH₄VO₃溶液中加入草酸并搅拌20min调节其pH值为2.0，得酸化NH₄VO₃溶液；

步骤3：取0.1g的2-甲基咪唑加入到酸化NH₄VO₃溶液中并置于超声波发生器超声处理40min；其中，超声波发生器功率为200W；

步骤4：将超声处理后的酸化NH₄VO₃溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在160℃下水热反应8h，得悬浮液；反应釜的填充比为50％；

步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在60℃下干燥6h，得四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体。

实施例3

一种四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.3g的NH₄VO₃加入到20mL乙二醇中并加热至40℃使NH₄VO₃充分溶解得NH₄VO₃溶液；

步骤2：向NH₄VO₃溶液中加入柠檬酸并搅拌40min调节其pH值为3.0，得酸化NH₄VO₃溶液；

步骤3：取0.08g的2-甲基咪唑加入到酸化NH₄VO₃溶液中并置于超声波发生器超声处理90min；其中，超声波发生器功率为200W；

步骤4：将超声处理后的酸化NH₄VO₃溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在170℃下水热反应16h，得悬浮液；反应釜的填充比为70％；

步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在70℃下干燥6h，得四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体。

实施例4

一种四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.4的NH₄VO₃加入到18mL乙醇和乙二醇的混合溶剂中并加热至30℃使NH₄VO₃充分溶解得NH₄VO₃溶液；其中，乙醇与乙二醇体积比为1:2；

步骤2：向NH₄VO₃溶液中加入柠檬酸并搅拌60min调节其pH值为4.0，得酸化NH₄VO₃溶液；

步骤3：取0.06g的2-甲基咪唑加入到酸化NH₄VO₃溶液中并置于超声波发生器超声处理60min；其中，超声波发生器功率为200W；

步骤4：将超声处理后的酸化NH₄VO₃溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在160℃下水热反应14h，得悬浮液；反应釜的填充比为40％；

步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在80℃下干燥5h，得四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体。

实施例5

一种四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.3g的NH₄VO₃加入到20ml乙醇和乙二醇的混合溶剂中并加热至50℃使NH₄VO₃充分溶解得NH₄VO₃溶液；其中，乙醇与乙二醇体积比为2:1；

步骤2：向NH₄VO₃溶液中加入磷酸并搅拌30min调节其pH值为3.0，得酸化NH₄VO₃溶液；

步骤3：取0.05g的2-甲基咪唑加入到酸化NH₄VO₃溶液中并置于超声波发生器超声处理90min；其中，超声波发生器功率为300W；

步骤4：将超声处理后的酸化NH₄VO₃溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在180℃下水热反应12h，得悬浮液；反应釜的填充比为60％；

步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在50℃下干燥10h，得四方形纳米管状NH₄V₃O₈晶体。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

一种四方形纳米管状NHVO晶体的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。