一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法

2023-06-06 20:17:06 2

一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法
【專利摘要】一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，本發明涉及一種三氧化二釩微球的製備方法。本發明要解決現有合成三氧化二釩的方法成本高、步驟繁瑣、安全性差，以及其產品比表面積小、形狀尺寸不均一、粒度較大、穩定性差的問題。本發明方法：一、將偏釩酸銨加入到溶劑中；二、於180℃～220℃保溫8～15小時；三、洗滌固體產物並乾燥；四、煅燒即得。本發明方法簡單易行，原料價格低廉，製備出的材料具有比表面積大，表面粗糙度高，粒度較小，形狀尺寸均一，化學結構穩定，安全性高等優點。本發明用於三氧化二釩微球的製備。
【專利說明】一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三氧化二釩微球的製備方法。
【背景技術】
[0002]在當今這個信息豐富，移動和能源意識強烈的社會，迫切需要安全，低成本，高能量密度和持久的可充電鋰離子電池，在多種多樣的鋰離子電池的電極材料中，核殼結構的材料由於具有比表面積大，能夠更好的促進鋰離子電池中鋰離子的嵌入和脫出，從而更好的提高鋰離子電池的充放電性能，大大的提升了其比容量和電化學穩定性，因此核殼結構材料在鋰離子電池方面有著廣泛的應用。
[0003]然而在現有的合成三氧化二釩的方法中，大部分工藝都存在著成本高、步驟繁瑣、安全性差等問題，並且其產品粒度較大(約20?500 μ m)、比表面積小(小於20m2/g)、形狀尺寸不均一、穩定性差。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是為了解決現有合成三氧化二釩的方法成本高、步驟繁瑣、安全性差，以及其產品比表面積小、形狀尺寸不均一、粒度較大、穩定性差的問題，提供一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法。
[0005]本發明核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，通過以下步驟實現的:
[0006]一、於30°C?70°C條件下，將偏釩酸銨加入到溶劑中，配製成濃度為0.20?
0.40mol/L 的溶液；
[0007]二、將步驟一得到的溶液加入到高壓反應釜中，於180°C?220°C保溫8?15小時
後冷卻至室溫；
[0008]三、將步驟二冷卻後的池液於3000?4000r/min離心2?5min,分離收集固體產物，採用無水乙醇洗滌所得固體產物2?3次，再將洗滌後的固體產物放入真空乾燥箱中，於30°C?70°C下烘乾10?24h ；
[0009]四、將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於500°C?700°C煅燒2?5h後，冷卻至室溫即得到核殼結構三氧化二釩微球。
[0010]本發明的有益效果:
[0011]1、本發明運用簡單的溶劑熱方法一步合成出了具有核殼結構的三氧化二釩材料，使用原料均為工業上常用試劑，來源廣、豐度高、價格低廉(偏釩酸銨分析純試劑約0.8元/g，原料價格為所有釩源最低)，並且將其應用在鋰離子電池(負極)中，取得了較為優異的效果;
[0012]2、本發明方法具有簡單易行，副產品無汙染等特點，反應後得到的三氧化二釩微球較其他方法製備出的材料具有比表面積大，約為70.5m3/g (即每克固體樣品可吸附氣體體積為70.5m3)，表面粗糙度高，粒度較小約I?2μπι，形狀尺寸均一，化學結構穩定，安全性高等優點，因此在鋰離子電池電極材料等方面具有重要的應用價值。【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是實施例一製備的核殼結構三氧化二釩微球的X-射線衍射譜圖；
[0014]圖2是實施例一製備的核殼結構三氧化二釩微球600倍的掃描電鏡(SEM)圖；
[0015]圖3是實施例一製備的核殼結構三氧化二釩微球2500倍的掃描電鏡(SEM)圖；
[0016]圖4是實施例一製備的核殼結構三氧化二釩微球8000倍的透射電鏡(TEM)圖；
[0017]圖5是實施例一製備的核殼結構三氧化二釩微球80000倍的透射電鏡(TEM)圖；
[0018]圖6是實施例一製備的核殼結構三氧化二釩微球的氮氣吸附脫附曲線(縱坐標q表示單位質量固體吸附氣體的量)，其中I為氮氣脫附曲線，2為氮氣吸附曲線；
[0019]圖7是實施例一製備的核殼結構三氧化二釩微球的孔徑分布圖。
【具體實施方式】
[0020]本發明技術方案不局限於以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0021]【具體實施方式】一:本實施方式核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，按以下步驟進行:
[0022]一、於30°C?70°C條件下，將偏釩酸銨加入到溶劑中，配製成濃度為0.20?
0.40mol/L 的溶液；
[0023]二、將步驟一得到的溶液加入到高壓反應釜中，於180°C?220°C保溫8?15小時
後冷卻至室溫；
[0024]三、將步驟二冷卻後的池液於3000?4000r/min離心2?5min,分離收集固體產物，採用無水乙醇洗滌所得固體產物2?3次，再將洗滌後的固體產物放入真空乾燥箱中，於30°C?70°C下烘乾10?24h ；
[0025]四、將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於500°C?700°C煅燒2?5h後，冷卻至室溫，即得到核殼結構三氧化二釩微球。
[0026]本實施方式的有益效果:
[0027]1、本實施方式運用簡單的溶劑熱方法一步合成出了具有核殼結構的三氧化二釩材料，使用原料均為工業上常用試劑，來源廣、豐度高、價格低廉(偏釩酸銨分析純試劑約
0.8元/g，原料價格為所有釩源最低)，並且將其應用在鋰離子電池(負極)中，取得了較為優異的效果；
[0028]2、本實施方式方法具有簡單易行，副產品無汙染等特點，反應後得到的三氧化二釩微球較其他方法製備出的材料具有比表面積大，約為70.5m3/g (即每克固體樣品可吸附氣體體積為70.5m3)，表面粗糙度高，粒度較小約I?2 μ m，形狀尺寸均一，化學結構穩定，安全性高等優點，因此在鋰離子電池電極材料等方面具有重要的應用價值。
[0029]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中所述的溶劑為乙二醇、1，3-丙二醇或丙三醇。其它與【具體實施方式】一相同。
[0030]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一中所述的於30°C條件下，將偏釩酸銨加入到乙二醇中，配製成濃度為0.20mol/L的溶液。其它與【具體實施方式】一或二相同。[0031]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟二中所述的於180°C保溫12小時。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0032]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟三中所述的將步驟二冷卻後的池液於4000r/min離心5min。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0033]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟三中所述的再將洗滌後的固體產物放入真空乾燥箱中，於70°C下烘乾24h。其它與【具體實施方式】
一至五之一相同。
[0034]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟四中所述的將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於600°C煅燒2?5h。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0035]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟四中所述的將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於600°C煅燒2h。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0036]通過以下實施例驗證本發明的有益效果:
[0037]實施例一:
[0038]本實施例核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，按以下步驟進行:
[0039]一、於30°C條件下，將1.17g偏釩酸銨加入到50mL乙二醇中，完全溶解，配製成濃度為0.20mol/L的黃色透明溶液；
[0040]二、將步驟一得到的溶液加入到高壓反應釜中，於180°C保溫12小時後冷卻至室溫;
[0041]三、將步驟二冷卻後的濁液於4000r/min離心5min，分離收集固體產物，採用無水乙醇洗滌所得固體產物3次，再將洗滌後的固體產物放入真空乾燥箱中，於70°C下烘乾24h ；
[0042]四、將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於600°C煅燒2h後，冷卻至
室溫即得到核殼結構三氧化二釩微球。
[0043]將本實施例製備的核殼結構三氧化二釩微球進行X-射線衍射分析，X-射線衍射譜圖如圖1所示，由圖可以看到33°和56°處的兩個衍射峰分別歸屬於三氧化二釩的104和116晶面，進而證明該材料為結晶的三氧化二釩(JCPDS卡片號為851411)。
[0044]將本實施例製備的核殼結構三氧化二釩微球用掃描電子顯微鏡來觀察，600倍的掃描電鏡圖如圖2所示，由圖可以清楚的看到三氧化二釩的微球結構，微球直徑約2微米左右，表面由納米棒組裝而成，球內有空腔。
[0045]將本實施例製備的核殼結構三氧化二釩微球用透射電子顯微鏡來觀察，8000倍的透射電鏡圖如圖4所示，結果表明微球是一種核殼結構，殼層厚度100納米左右；80000倍的透射電鏡圖如圖5所示，由圖5可以看到三氧化二釩的特徵晶格條紋。
[0046]本實施例製備的核殼結構三氧化二釩微球的氮氣吸附脫附曲線如圖6所示(縱坐標q表示單位質量固體吸附氣體的量)，其中I為氮氣脫附曲線，2為氮氣吸附曲線，結果表明測得材料的比表面積為70.5m3/g。
[0047]本實施例製備的核殼結構三氧化二釩微球的孔徑分布圖如圖7所示，結果表明孔徑分布主要在30納米左右。具有這種介孔結構和大的比表面積的材料有利於鋰離子的嵌入和脫出，對於提高鋰離子電池的充放電性能有著及其重大的作用。
[0048]實施例二:
[0049]本實施例核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，按以下步驟進行:
[0050]一、於30°C條件下，將1.17g偏釩酸銨加入到50mL的1，3_丙二醇中，完全溶解，配製成濃度為0.20mol/L的黃色透明溶液；
[0051]二、將步驟一得到的溶液加入到高壓反應釜中，於180°C保溫12小時後冷卻至室溫;
[0052]三、將步驟二冷卻後的濁液於4000r/min離心5min，分離收集固體產物，採用無水乙醇洗滌所得固體產物3次，再將洗滌後的固體產物放入真空乾燥箱中，於70°C下烘乾24h ；
[0053]四、將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於600°C煅燒2h後，冷卻至室溫即得到核殼結構三氧化二釩微球。
[0054]實施例三:
[0055]本實施例核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，按以下步驟進行:
[0056]一、於30°C條件下，將1.17g偏釩酸銨加入到50mL丙三醇中，完全溶解，配製成濃度為0.20mol/L的黃色透明溶液；
[0057]二、將步驟一得到的溶液加入到高壓反應釜中，於180°C保溫12小時後冷卻至室溫;
[0058]三、將步驟二冷卻後的濁液於4000r/min離心5min，分離收集固體產物，採用無水乙醇洗滌所得固體產物3次，再將洗滌後的固體產物放入真空乾燥箱中，於70°C下烘乾24h ；
[0059]四、將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於600°C煅燒2h後，冷卻至
室溫即得到核殼結構三氧化二釩微球。
[0060]上述實施例運用簡單的溶劑熱方法一步合成出了具有核殼結構的三氧化二釩材料，使用原料均為工業上常用試劑，來源廣、豐度高、價格低廉(偏釩酸銨分析純試劑約0.8元/g，原料價格為所有釩源最低)，並且將其應用在鋰離子電池(負極)中，取得了較為優異的效果。
[0061]上述實施例方法具有簡單易行，副產品無汙染等特點，反應後得到的三氧化二釩微球較其他方法製備出的材料具有比表面積大，約為70.5m3/g (即每克固體樣品可吸附氣體體積為70.5m3)，表面粗糙度高，粒度較小約I?2μπι，形狀尺寸均一，化學結構穩定，安全性高等優點，因此在鋰離子電池電極材料等方面具有重要的應用價值。
【權利要求】
1.一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，其特徵在於它包括以下步驟: 一、於30°C?70°C條件下，將偏釩酸銨加入到溶劑中，配製成濃度為0.20?0.40mol/L的溶液； 二、將步驟一得到的溶液加入到高壓反應釜中，於180°C?220°C保溫8?15小時後冷卻至室溫； 三、將步驟二冷卻後的池液於3000?4000r/min離心2?5min,分離收集固體產物，採用無水乙醇洗滌所得固體產物2?3次，再將洗滌後的固體產物放入真空乾燥箱中，於30°C?70°C下烘乾10?24h ； 四、將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於500°C?700°C煅燒2?5h後，冷卻至室溫，即得到核殼結構三氧化二釩微球。
2.根據權利要求1所述的一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，其特徵在於步驟一中所述的溶劑為乙二醇、1，3-丙二醇或丙三醇。
3.根據權利要求1所述的一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，其特徵在於步驟一中所述的於30°C條件下，將偏釩酸銨加入到乙二醇中，配製成濃度為0.20mol/L的溶液。
4.根據權利要求1所述的一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，其特徵在於步驟二中所述的於180°C保溫12小時。
5.根據權利要求1所述的一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，其特徵在於步驟三中所述的將步驟二冷卻後的池液於4000r/min離心5min。
6.根據權利要求1所述的一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，其特徵在於步驟三中所述的再將洗滌後的固體產物放入真空乾燥箱中，於70°C下烘乾24h。
7.根據權利要求1所述的一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，其特徵在於步驟四中所述的將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於600°C煅燒2?5h。
8.根據權利要求7所述的一種核殼結構三氧化二釩微球的製備方法，其特徵在於步驟四中所述的將步驟三得到的乾燥後的樣品在氮氣保護條件下，於600°C煅燒2h。
【文檔編號】C01G31/00GK103633309SQ201310682199
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】付宏剛, 姜樂, 曲陽, 於鵬, 趙冬冬 申請人:黑龍江大學