[发明专利]一种制备钒酸盐化合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备钒酸盐化合物的方法，属于微/纳米功能材料合成领域。

背景技术

钒酸盐化合物集钒元素价态多变、钒-氧空间配位方式灵活和导电导热性好、纳米材料表面效应及小尺寸效应等特征于一体，而成为可广泛应用于能源储存与转化、半导体、催化、光学、磁性材料、传感器等领域的重要无机功能材料，是现代功能材料发展的重要方向之一，具有很好的市场应用价值和研究潜力。

近几十年，钒酸盐化合物在锂电池电极材料领域受到极大的关注。因为钒有三种稳定的氧化态（V⁵⁺、V⁴⁺、V³⁺），在发生氧化还原时发生多个价态的变化从而嵌入多个锂，因此钒氧化物能够获得更高的比容量。与第二种金属形成新的钒酸盐化合物，可以使钒氧化物形成更稳定的结构，有利于锂的嵌入脱出，从而提高循环稳定性。

在锂电池领域的应用方面，如在钒氧化物中加入纳离子形成钒酸钠材料有利于与基体的粘结，不需要惰性添加剂便可制备薄膜电极。具有层状结构的钒酸钠，其层间距比钒酸锂更大，可以储存较多的锂，可以用作锂二次电池的电极材料。H.Wang等人[J.Power Sources2012,199,263]报道了采用水热法，通过V₂O₅与NaOH合成Na₂V₆O₁₆·2.36H₂O纳米片，其首次放电容量可达268mAh/g，但循环稳定性能仍需进一步改善。另外，加入银离子形成的银钒氧化物（SVO）由于其能量密度高，自放电率小，安全性能好，使用寿命长，作为一次电池已经被广泛用于植入式心脏转复除颤器（ICD）的电源。由于其自身锂离子扩散系数和电子传输能力比较低，循环性能较差，我们可以尝试通过新方法合成钒酸银，使其用于二次电池，实现能源的循环利用。

钒酸盐化合物是目前最具有研究价值的无机功能材料之一，不仅仅是用于锂电池领域，其常见的合成方法的主要有高温固相法、水热合成法、溶胶-凝胶法等。其中固相合成法由于简单方便、易于操作，是工业生产中常用的方法，但是合成的材料颗粒较大，其性能受到限制。水热合成法制备的材料物相均一，颗粒尺寸小，但过程复杂，且需要高压环境。溶胶凝胶法可以实现原料在分子水平的混合均匀，实现材料在较低温度和较短时间的合成有利于制备出高性能的材料，但操作较复杂。因此寻求一种简便合成钒酸盐化合物，并且具有较好性能的方法，具有重要的实际意义。

发明内容

本发明公开了一种制备钒酸盐化合物的方法。该方法工艺简单、成本低、产物的产率大且纯度高、性能好，适合应用于大规模生产。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种制备钒酸盐化合物的方法，包括以下步骤：将过氧化氢溶液滴入到偏钒酸铵的去离子水溶液中，搅拌至得到澄清的黄色溶液，再加入化学计量比的金属盐溶液，所得的混合溶液加热搅拌蒸干水分得到前驱体，将前驱体研磨成粉末状后，在氧化气氛中锻烧，即可得到钒酸盐化合物。

所述的过氧化氢溶液的体积分数为30%；所述偏钒酸铵的添加量按过氧化氢溶液体积每毫升添加0.01-0.1克。

所述的金属盐包括Ag或Na的可溶性盐。

所述的Ag或Na的可溶性盐包括AgNO₃、AgO、NaF或NaCl。

述的混合溶液在40～60℃下加热搅拌蒸干水分。

所述的混合溶液加热搅拌蒸干水分后继续在烘箱中60～80℃干燥10小时以上。

所述的锻烧温度范围为300℃～600℃，时间1～8小时，升温速率为1～20℃/min。

所述的氧化气氛为空气、氧气或含有氧气的气氛。

所形成的钒酸盐化合物包括Na_1.25V₃O₈、Ag_0.33V₂O₅、Ag_1.2V₃O₈、AgVO₃或Ag₂V₄O₁₁。