一種釩鈮酸鹽納米線的製備方法與流程
2024-03-29 01:05:05
本發明屬於材料化學領域，具體涉及到一種釩鈮酸鹽納米線的製備方法。
背景技術：
納米材料由於存在表面效應和尺寸效應的特性，在很多方面具有優異的性能。一維納米材料有在兩個維度都受限的特殊結構，導致其產生了很多新的物理化學特性，所以其具有非常多的其它維度的納米材料沒有的性能。
釩酸鹽化合物材料由於有多變的化合價而存在著豐富的電化學性能，該類材料因為具有較高的比容量和合適的脫嵌鋰電位，被廣泛應用於鋰離子電池材料的研究和應用(孫旦等人，釩酸鹽材料用於水系鋰離子電池負極的研究，功能材料,2013,44(19):2749-2755；馬永等人，nav3o8納米片的製備及作為鋰電池正極的性能研究，廣州化工，2015(10):86-89；梁叔全等人，一種水熱法製備鋰電池釩酸鹽正極材料的方法，公開號cn103390751a)。但是釩酸鹽化合物作為鋰離子電池材料穩定性能不好。在鈮酸鉀類化合物中，knbo3應用最為廣泛。knbo3廣泛應用於壓電陶瓷、光波導器件、雷射倍頻器、聲表面波傳感器、光通訊等領域。其它鈮酸鉀化合物，如k4nb6o17，k2nb4o11，k2nb8o21主要應用於光催化領域。longtuli等人用靜電紡絲技術製備knbo3納米纖維，並研究了其光催化性能(rscadvances,2015,5,72410-72415)。2001年，yuhaolu首次將knb5o13作為電極材料應用於鋰離子電池中，並探討了knb5o13在充放電過程中可能的嵌鋰機制(yuhaolu等人，chem.mater.,2011,23,3210-3216)。2015年hidekinakayama等人用固態反應法製備了層狀結構knb3o8，並研究了其電化學性能(journalpowersources,2015,287,158-163)。2013年曹慧群等人通過研磨煅燒技術得到knb3o8納米線(一種鈮酸鉀單晶納米線及其製備方法，公開號為cn103320847a)。鈮酸鹽作為鋰離子電池材料在應用方面還存在循環使用次數不夠理想等問題。為了更好地提高釩鈮酸鹽材料的電化學性能，本發明採用靜電紡絲技術製備了一種釩鈮酸鹽kliv3nb3o16納米線。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術，提供一種釩鈮酸鹽納米線的製備方法。
本發明為解決上述技術問題所採取的技術方案為：一種釩鈮酸鹽納米線的製備方法，所述製備方法以醋酸鋰、偏釩酸銨、草酸鈮、草酸、醋酸鉀為主要原料，加入適量的高分子粘合劑，在高電壓條件下利用靜電紡絲技術，製備靜電紡絲產品，隨後在馬弗爐中進行燒結，得到一種釩鈮酸鹽kliv3nb3o16納米線，具體包括以下步驟：
1)稱取一定量的醋酸鋰(ch3cooli)、偏釩酸銨(nh4vo3)、草酸鈮nb(hc2o4)5)、草酸(h2c2o4)和醋酸鉀(ch3cook)溶於一定體積的n,n-二甲基甲醯胺(dmf)中，然後加入適量的聚乙烯吡咯烷酮(k-120,pvp)，攪拌3-6h，得到淺灰色的前驅體混合物溶液；
2)將上述淺灰色的前驅體混合物溶液在15～25kv電壓和0.5～0.8ml/h流率下、相對溼度為40～50％的氛圍下進行靜電紡絲；
3)將上述所得的靜電紡絲產品置於坩堝內，然後將坩堝放置於馬弗爐中650～750℃燒結4～6h，然後自然降溫至室溫，得到一種釩鈮酸鹽kliv3nb3o16納米線。
優選的，步驟1)中醋酸鋰的濃度為0.05～0.06mol/l，偏釩酸銨的濃度為0.15～0.20mol/l，草酸鈮的濃度為0.15～0.20mol/l，草酸的濃度為0.20～0.40mol/l，醋酸鉀的濃度為0.05～0.06mol/l，聚乙烯吡咯烷酮為k-120聚乙烯吡咯烷酮，分子量1390000，濃度為0.00005～0.000062mol/l。
進一步的，本發明還提供了一種所述的製備方法得到的釩鈮酸鹽納米線，該納米棒作為鋰離子電池負極材料，其首次放電比容量為174.7mahg-1。
與現有技術相比，本發明的特點如下：
本發明製備的釩鈮酸鹽kliv3nb3o16納米線性能優異，充放電測試表明該納米線作為電池負極材料首次放電比容量為174.7mahg-1。
附圖說明
圖1為本發明製得的釩鈮酸鹽納米線的xrd圖；
圖2為本發明製得的釩鈮酸鹽納米線的sem圖；
圖3為本發明製得的釩鈮酸鹽納米線作為電池材料充放電循環圖。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
實施例1
稱取1.0mmol(0.066g)的醋酸鋰(ch3cooli)、3.0mmol(0.357g)偏釩酸銨(nh4vo3)、3.0mmol(1.614g)草酸鈮nb(hc2o4)5，6.0mmol(0.540g)草酸(h2c2o4)和1.0mmol(0.098g)醋酸鉀(ch3cook)溶於20ml的n,n-二甲基甲醯胺(dmf)中，然後加入1.4g的pvp(k-120,分子量1390000，聚乙烯吡咯烷酮)，攪拌6h，得到淺灰色的前驅體混合物溶液；將上述淺灰色的前驅體混合物溶液在15kv電壓和0.5ml/h流率下、相對溼度為40％的氛圍下進行靜電紡絲；將上述所得的靜電紡絲產品置於坩堝內，然後將坩堝放置於馬弗爐中750℃燒結4h，然後自然降溫至室溫，得到一種釩鈮酸鹽kliv3nb3o16納米線。將得到的kliv3nb3o16納米線進行粉末x射線xrd(圖1)測試，用掃描電鏡sem(圖2)和用電化學測試儀測試其電化學性能。
實施例2
稱取0.5mmol(0.033g)的醋酸鋰(ch3cooli)、1.5mmol(0.179g)偏釩酸銨(nh4vo3)、1.5mmol(0.807g)草酸鈮nb(hc2o4)5，4.0mmol(0.360g)草酸(h2c2o4)和0.5mmol(0.049g)醋酸鉀(ch3cook)溶於10ml的n,n-二甲基甲醯胺(dmf)中，然後加入0.7g的pvp(k-120,分子量1390000，聚乙烯吡咯烷酮)，攪拌3h，得到淺灰色的前驅體混合物溶液；將上述淺灰色的前驅體混合物溶液在25kv電壓和0.8ml/h流率下、相對溼度為50％的氛圍下進行靜電紡絲；將上述所得的靜電紡絲產品置於坩堝內，然後將坩堝放置於馬弗爐中650℃燒結6h，然後自然降溫至室溫，得到一種釩鈮酸鹽kliv3nb3o16納米線。將得到的kliv3nb3o16納米線進行粉末x射線測試，用掃描電鏡和用電化學測試儀測試其電化學性能。
實施例3
稱取2.0mmol(0.132g)的醋酸鋰(ch3cooli)、6.0mmol(0.714g)偏釩酸銨(nh4vo3)、6.0mmol(3.228g)草酸鈮nb(hc2o4)5，10.0mmol(0.900g)草酸(h2c2o4)和2.0mmol(0.196g)醋酸鉀(ch3cook)溶於35ml的n,n-二甲基甲醯胺(dmf)中，然後加入3.0g的pvp(k-120,分子量1390000，聚乙烯吡咯烷酮)，攪拌5h，得到淺灰色的前驅體混合物溶液；將上述淺灰色的前驅體混合物溶液在20kv電壓和0.6ml/h流率下、相對溼度為45％的氛圍下進行靜電紡絲；將上述所得的靜電紡絲產品置於坩堝內，然後將坩堝放置於馬弗爐中700℃燒結5h，然後自然降溫至室溫，得到一種釩鈮酸鹽kliv3nb3o16納米線。將得到的kliv3nb3o16納米線進行粉末x射線測試，用掃描電鏡和用電化學測試儀測試其電化學性能。
將實施例1-3得到的釩鈮酸鹽kliv3nb3o16納米線用電化學測試儀測試其電化學性能，結果表明該納米線作為電池負極材料首次放電比容量為174.7mahg-1。