一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料及其电化学应用制造技术

本发明专利技术提供了一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的制备方法，该方法为：将钒源与镍源在离子液体中进行合成反应，得到比表面积为50m

【技术实现步骤摘要】
一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料及其电化学应用
本专利技术属于钒酸镍纳米材料
，具体涉及一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料及其电化学应用。
技术介绍
钒酸镍(NiVO)是一类较有优势的锂离子电池负极材料，它具有较高电极比容量、低成本以及环境友好等优点。目前钒酸镍主的要制备方法为先采用沉淀法、水热合成法、溶剂热法或者溶胶法等制备出前体，然后在400℃～500℃焙烧后得到最终活性相用于电化学性能测试。Sambandam等采用沉淀法在水溶液中合成了钒酸镍MOF材料，然后进行焙烧，焙烧后晶相为Ni3V2O8，形貌为20nm～50nm的球形颗粒，在5A/g电流密度下循环1000次依然保持305mAh/g的电极比容量(J.Electroanal.Chem.2018,810,34)；Ni等采用水热合成法制备了NiV3O8/石墨和NiV3O8/Ni材料，NiV3O8/石墨在0.31A/g电流密度下循环680次依然保持819mAh/g的恒定容量(Chem.Commun.,2015,51,5880；J.Mater.Chem.A2014,2,8995)，材料的形貌为无规则颗粒；Soundharrajan等采用DMF为溶剂，采用直接点燃混合物溶液的方法制备Ni3V2O8材料，形貌为棒状、球状及苦瓜状等，但形貌很不均匀(Ceram.Int.,2017,43,13224)；Lv等将钒源和镍源溶于DMF和乙醇混合溶液中，然后加入PVP得到溶胶，采用静电纺丝技术得到线装材料，最后通过调节焙烧速率得到Ni3V2O8纳米管或纳米线，比表面积最高为20m2/g。由以上可以看出，目前技术制备的钒酸镍材料大多是不规则颗粒、球状或其他不均匀的大块材料，纳米线的形貌是通过静电纺丝技术得到的，而非材料自身的自组装合成，同时已报道的纯钒酸镍材料的比表面积都较低(≤20m2/g)，抑制了其各方面的应用。另外，水热合成法需要高压环境，存在操作危险；溶胶法存在步骤繁多，操作繁琐的缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料，该专利技术以离子液体为溶剂，通过离子液体热合成法制备钒酸镍纳米材料，该钒酸镍纳米材料形貌均匀，为3D交联的珊瑚状，有效的提高了钒酸镍纳米材料的活性和比表面积，比表面积达到50～150m2/g，反应在常压进行，具备操作简便安全的特点，应用于锂离子电池的电极材料，表现出了较高的电极比容量，电极的摩尔比容量在950mAh/g～1400Ah/g左右。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的制备方法，该方法为：将钒源与镍源在离子液体中进行合成反应，得到3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料。优选地，所述钒源为偏钒酸铵或五氧化二钒；所述镍源为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍或硫酸镍；所述离子液体为[Bmim]Br、[Bmim]PF6、[Bmim]BF4、[Bmim]Tf2N、[Bmim]CF3SO3、[Emim]Br、[Emim]PF6、[Emim]BF4、[Emim]Tf2N、[Emim]CF3SO3、氯化胆碱/尿素低共熔混合物、氯化胆碱/丁二酸低共熔混合物或氯化胆碱/草酸低共熔混合物。优选地，所述氯化胆碱/尿素低共熔混合物中尿素与氯化胆碱的摩尔比为(0.3～0.6)：1，氯化胆碱/丁二酸低共熔混合物中丁二酸与氯化胆碱的摩尔比为(0.3～1)：1，氯化胆碱/草酸低共熔混合物中草酸与氯化胆碱的摩尔比为(0.3～1)：1。优选地，所述3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的比表面积为50m2/g～150m2/g。优选地，所述合成反应的条件为：反应温度为100℃～210℃，反应时间为5h～144h，反应压强为常压，钒源中的钒原子与离子液体的摩尔比为1：(5～80)，钒源中的钒原子与镍源摩尔比为1：(0.5～5)。优选地，所述合成反应的条件为：反应温度为150℃～200℃，反应时间为72h～96h，反应压强为常压，钒源中的钒原子与离子液体的摩尔比为1：(40～80)，钒源中的钒原子与镍源摩尔比为1：(1～2)。优选地，所述合成反应的条件为：反应温度为180℃，反应时间为72h，反应压强为常压，钒源中的钒原子与离子液体的摩尔比为1：80，钒源中的钒原子与镍源的摩尔比为1：1.5。本专利技术还提供了上述的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的电化学应用，将制备得到的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料在温度为300℃～550℃的空气气氛中焙烧2h～8h，得到活性相，用作电极材料，应用于锂离子电池。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的离子液体是一类在室温或接近室温下呈现液态(即熔点大约在100℃以下)的熔融盐类化合物，它的特点在于其是全部由离子组成的液体，与有机溶剂或水等分子液体具有本质的不同。在有机溶剂或水中合成材料有以下缺点：有机溶剂沸点低、蒸气压高、对许多无机物的溶液能力较差，水的液态范围较窄、对多数有机化合物不具有溶解性，因此在有机溶剂或者水等分子液态的体系中合成无机材料具有一定的局限性，并且给环境带来危害。而离子液体克服了以上缺点，离子液体热合成法合成的材料应用于电极材料等，显示了较好的性能。本专利技术用离子液体代替水或有机溶剂来进行高比表面积的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的制备时，使制备过程具有以下优点：离子液体没有饱和蒸汽压，反应过程可以在常压进行，使操作变得非常简便和安全；离子液体可以既作溶剂，也同时作模板剂，可以有效提高制备得到的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的比表面积，离子液体的种类繁多，选用不同的离子液体作溶剂，能使制备的高比表面积的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料具有不同的特点及应用，为新材料的制备开辟了广阔的天地。2、本专利技术制备的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料形貌均匀，为3D交联的珊瑚状，有效的提高了钒酸镍纳米材料的活性和比表面积，比表面积达到50～150m2/g。3、本专利技术制备3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料在常压进行，具备操作简便安全的特点。得到的高比表面积的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料应用于锂离子电池的电极材料，表现出了较高的电极比容量，电极的摩尔比容量在950mAh/g～1400mAh/g左右。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例1的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的扫描电镜图。具体实施方式实施例1本实施例的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的制备方法为：将偏钒酸铵(钒源)与硝酸镍(镍源)在[Bmim]Br(离子液体)中进行合成反应，得到3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料，比表面积为150m2/g。所述合成反应的条件为：反应温度为180℃，反应时间为72h，反应压强为常压，偏钒酸铵与[Bmim]Br的摩尔比为1：80，偏钒酸铵与硝酸镍的摩尔比为1：1.5。本实施例中，离子液体还可以为[Bmim]Br、[Bmim]PF6、[Bmim]BF4、[Bmim]Tf2N、[Bmim]CF3SO3、[Emim]Br、[Emim]PF6、[Emim]BF4、[Emim]Tf2N、[Emim]CF3SO3、氯化胆碱/尿素低共熔混合物、氯化胆碱/丁二酸低共熔混合物或氯化胆碱/草酸低共熔混合物。图1是本实施例制备的3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法为：将钒源与镍源在离子液体中进行合成反应，得到3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法为：将钒源与镍源在离子液体中进行合成反应，得到3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料。2.根据权利要求1所述的一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于，所述钒源为偏钒酸铵或五氧化二钒；所述镍源为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍或硫酸镍；所述离子液体为[Bmim]Br、[Bmim]PF6、[Bmim]BF4、[Bmim]Tf2N、[Bmim]CF3SO3、[Emim]Br、[Emim]PF6、[Emim]BF4、[Emim]Tf2N、[Emim]CF3SO3、氯化胆碱/尿素低共熔混合物、氯化胆碱/丁二酸低共熔混合物或氯化胆碱/草酸低共熔混合物。3.根据权利要求2所述的一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于，所述氯化胆碱/尿素低共熔混合物中尿素与氯化胆碱的摩尔比为(0.3～0.6)：1，氯化胆碱/丁二酸低共熔混合物中丁二酸与氯化胆碱的摩尔比为(0.3～1)：1，氯化胆碱/草酸低共熔混合物中草酸与氯化胆碱的摩尔比为(0.3～1)：1。4.根据权利要求1所述的一种3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于，所述3D交联的珊瑚状钒酸镍纳米材料的比表面积为50...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹬，高懂儒，李宁，李贵贤，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62