[发明专利]一种钒酸铜纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种可用于锂一次电池正极材料的Cu₅V₂O₁₀纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

    锂电池由于具有电压高、比能量高、工作温度范围宽、比功率大、放电平稳等优点，被广泛应用于手表、计算机存储器后备电源、掌上电脑、通信设备、卫星、导弹、心脏起搏器、安全报警等设备中。目前商品化锂一次电池正极材料主要为MnO₂，但MnO₂需特殊处理，其理论容量只有308mAh/g，限制了锂电池的性能的提高和应用，急需寻找新型高性能锂电池正极材料，以满足日益增长的需求。

锂电池的放电容量及性能同其正极材料密切相关，钒酸铜材料由于具有层状结构，利于锂离子的嵌入和脱除，并且具有价格低，能量密度高，理论比容量高等优点，人们对不同种类的钒酸铜材料进行了研究，以获得具有较高容量的锂/钒酸铜一次电池。含有不同比例的铜、钒、氧的复合氧化物统称为钒酸铜，根据铜、钒、氧比例的不同，钒酸铜具有多种不同的组成与结构。M. Morcrette等人研究了 Cu_2.33V₄O₁₁ 作为锂离子电池正极材料的性能，发现这种钒酸铜可以嵌入大约5.5个锂离子，其放电压在2.7V，并具有良好的可逆性。以CuV₂O₆作为正极材料的一次电池在37^oC时放电容量可以达到514mAh/g，展现出良好的放电性能。

近年来，随着纳米材料诸多优势的发现，其应用也迅速发展。钒酸铜一维纳米电极材料由于具有较大的比表面积等优点，提高了质子的扩散性能，增大了活性物质与电极间的接触，减小电极、电池内阻，显著提高电极高温与高倍率放电性能，在锂一次电池中具有十分良好的应用前景。Cu₅V₂O₁₀材料具有独特的层状结构，价格低廉，制备容易，尹贻彬等人以钒酸钠和硝酸铜为原料，醋酸钠为添加剂，采用水热与模板法结合的方法较短时间内制备出了六角形碱式钒酸铜微纳米结构，研究了醋酸钠的加入量、水热时间对碱式钒酸铜制备的影响，但对其电化学性能尚未研究，而对于纳米材料，其形貌、制备方法等都与性能密切相关，尤其是电化学性能对其作为一次电池电极材料所展现出的性能有重要影响，可见，通过合适的方法制备形貌规则、性能优异的Cu₅V₂O₁₀纳米颗粒对开发新型锂/钒酸铜一次电池电极材料有着重要的理论意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单、性能优良的钒酸铜纳米颗粒及其制备方法，采用一步水热法结合热处理制备出球形Cu₅V₂O₁₀纳米颗粒。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种钒酸铜纳米颗粒，组分为 Cu₅V₂O₁₀，关键在于所述Cu₅V₂O₁₀为粒径 50-300 nm的球形纳米颗粒。

本发明还提供上述钒酸铜纳米颗粒的制备方法，所述方法包括以下步骤： 

1）室温下，将铜盐、正钒酸钠、无水乙酸钠按摩尔比5：2-5：5-10配制成混合溶液；

2）将上述溶液转移至反应釜内，140-170℃、反应6-72h；

3）反应完毕后冷却到室温，分别以水和无水乙醇洗涤产物3-5次，60-80℃干燥2-24h，得前躯体；

4）将前躯体在520-650^oC下煅烧1-6h，得钒酸铜纳米颗粒。

所述铜盐为硝酸铜、或硫酸铜、或氯化铜。