一种钒酸铜的制备方法，该方法制备得到的钒酸铜及其在锂离子电池中的应用技术

本发明专利技术提供了一种钒酸铜的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将偏钒酸铵、CuCl2·2H2O与邻菲罗啉混合后，180～200℃下水热反应90～100小时，得到钒铜前驱物；(2)将所述钒铜前驱物在500～600℃下煅烧2～3小时，得到所述钒酸铜。本发明专利技术还提供了该方法制备得到的钒酸铜，以及将该钒酸铜作为锂离子电池负极材料能够明显提高电池容量。在50mA g

【技术实现步骤摘要】
一种钒酸铜的制备方法，该方法制备得到的钒酸铜及其在锂离子电池中的应用
本专利技术涉及电池材料
，具体涉及一种钒酸铜的制备方法，该方法制备得到的钒酸铜，以及该钒酸铜在锂离子电池中的应用。
技术介绍
锂离子电池的发展是伴随着新的电极材料的发现与探索。例如，钴酸锂和磷酸铁锂作为正极材料的成功应用，以及钛酸锂作为负极材料在很大程度上促进了锂离子电池的发展。到目前为止，锂离子电池已经取得了显著进步，而新材料的探索仍在进行。钒是一种具有多种价态的典型金属元素，通过与其它金属元素和氧元素的结合可形成一系列金属钒氧化物(MxVyOz，M＝Fe,Cu,Z/,Ag,Co)，将其用于锂离子电池显示出巨大的潜力。其中，铜钒酸盐由于其高理论容量、安全性、易于制备和低成本而引起了极大的关注。CuV2O6由于其相对较高的电压平台一直被认为是正极材料。对于正极来说，在低电压下CuV2O6的过量锂化是不适合的。一方面，由于CuV2O6的结构破坏它可能会导致不可逆的相变；另一方面，与负极材料匹配时，低电压平台不利于提高锂离子电池的能量密度。相比之下，低电压下CuV2O6的充电/放电机理引起了极大兴趣，这可能使它作为锂离子电池负极具有潜在的应用。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种钒酸铜的制备方法。本专利技术的第二目的在于提供该方法制备得到的钒酸铜。本专利技术的第三目的在于提供该钒酸铜在锂离子电池中的应用。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术涉及一种钒酸铜的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将偏钒酸铵、CuCl2·2H2O与邻菲罗啉混合后，180～200℃下水热反应30～50小时，得到钒铜前驱物；(2)将所述钒铜前驱物在500～600℃下煅烧2～3小时，得到所述钒酸铜。优选地，所述偏钒酸铵、CuCl2·2H2O与邻菲罗啉的摩尔比为(1.5～3):1:1。优选地，步骤(1)中，水热反应前还加入四丁基氢氧化铵。优选地，步骤(1)中，所述四丁基氢氧化铵与CuCl2·2H2O的摩尔比为(1×10-4～3×10-4):1。优选地，步骤(2)中，所述煅烧在空气气氛中进行。优选地，步骤(2)中，所述煅烧的升温速率为1～5℃/m//。优选地，步骤(1)中，所述水热反应在聚四氟乙烯反应釜中进行，所述煅烧在马弗炉中进行。本专利技术还涉及所述方法制备得到的钒酸铜。本专利技术还涉及所述钒酸铜在锂离子电池中的应用。优选地，将所述钒酸铜作为锂离子电池负极材料，在50mAg-1的电流密度下，首次放电容量≥1190mAhg-1。本专利技术提供了一种钒酸铜的制备方法，先在水热条件下制备得到以邻菲罗啉为有机配体的钒铜前驱物，然后在高温下进行热处理，获得颗粒状的CuV2O6。与现有技术相比，本专利技术具有以下主要优点和有益效果：1)本专利技术提供的制备方法中，所用原料易于购买，资源丰富且价格较低，绿色环保，其大规模制备成本低。且制备方法简单，易于操作，便于大规模生产。2)将本专利技术制备得到的钒酸铜作为锂离子电池负极材料，电池容量得到了明显提高，能在锂离子电池中保持良好的循环稳定性。在50mAg-1的电流密度下，首次放电容量高达1197mAhg-1，明显高于商业石墨的理论容量340mAhg-1。附图说明图1为实施例1制备的钒铜前驱物的显微镜照片；图2为实施例1制备的钒铜前驱物的XRD(X射线衍射)图谱；图3a为实施例1制备的钒酸铜的热重曲线，图3b为实施例1制备的钒酸铜的XRD图谱；图4为实施例1制备的钒酸铜的SEM(扫描电子显微镜)图；图5为将实施例1制备的钒酸铜作为电极材料的循环伏安曲线；图6为将实施例1制备的钒酸铜作为电极材料的恒电流充放电曲线；图7为将实施例1制备的钒酸铜作为电极材料的长循环测试图；图8为将实施例1制备的钒酸铜作为电极材料的倍率性能图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。本专利技术实施例涉及一种钒酸铜的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将偏钒酸铵、CuCl2·2H2O与邻菲罗啉混合后，180～200℃下水热反应30～50小时，得到钒铜前驱物。在本专利技术的一个实施例中，偏钒酸铵、CuCl2·2H2O与邻菲罗啉的摩尔比为(1.5～3):1:1。邻菲罗啉又称为1,10-菲罗啉，其主要作为有机配体参与钒铜前驱物的制备。进一步地，水热反应前还加入四丁基氢氧化铵(TBAOH)，其以微量加入，四丁基氢氧化铵与CuCl2·2H2O的摩尔比可以为(1×10-4～3×10-4):1。TBAOH主要作为模板剂参与钒铜前驱物的制备。(2)将钒铜前驱物在500～600℃下煅烧2～3小时，得到钒酸铜。在本专利技术的一个实施例中，煅烧在空气气氛中进行。可以以1～5℃/m//的速率升温至目标温度。本专利技术实施例还涉及方法制备得到的钒酸铜。将其作为锂离子电池负极材料，在50mAg-1的电流密度下，首次放电容量≥1190mAhg-1，高于商业石墨的理论容量。实施例1(1)将纯度为99.9％以上的偏钒酸铵、氯化铜(CuCl2·2H2O)、邻菲罗啉分别称取0.52mmol、0.28mmol、0.28mmol。(2)将0.28mmol氯化铜置于烧杯中，加入12ml去离子水搅拌10分钟，形成均匀溶液。然后向该溶液中加入0.28mmol邻菲罗啉和0.52mmol偏钒酸铵，搅拌30m//。(3)向步骤(2)得到的溶液中加入0.2ml质量浓度为10％的四丁基氢氧化铵水溶液(TBAOH为7.7×10-5mmol)，搅拌均匀后将均匀溶液移至15ml的聚四氟乙烯水热反应釜中，在200℃下反应48h。自然降温结束后将反应液过滤、洗涤、烘干，收集，得到钒铜前驱物。(4)将步骤(3)得到的钒铜前驱物移入坩埚中，置于马弗炉中，在空气气氛下以2℃/m//的速率升温至550℃，煅烧2h，得到钒酸铜。将步骤(3)制备的钒铜前驱物置于显微镜下，观察生成了黑色长方体状晶体，如图1所示。对该晶体进行XRD衍射测试，测试结果见图2。将该晶体的X射线衍射线与用软件利用晶体数据拟合出的结果进行比对时，可以看出两条曲线完全吻合，出峰位置相同且无杂峰，表示晶体纯度高。对该晶体进行示差扫描量热测试，TG曲线结果见图3a。在210～360℃出现9.3％的重量损失对应于剩余水的蒸发，360～530℃出现32.7％的重量损失对应前驱物的分解。因此选择在550℃进行煅烧。图3b为实施例1煅烧得到的钒酸铜的XRD分析结果。可以看到，衍射峰位于20.7°、26.7°、27.6°、28.9°、29.5°、31.6°、36.8°、38.6°、39.4°、39.5°、43.4°和48.5°可以归因于CuV2O6(JCPDS,No.30-0513)的如下晶面(200)、(1-10)、(110)、(-1-11)、(-301)、(1-11)、(-1-12)、(-311)、(3-10)、(-3-11)、(-312)和(-1-13)。同时，衍射峰位于15.4°、20.3°、21.7°、26.2°、31.0°、32.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒酸铜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将偏钒酸铵、CuCl2·2H2O与邻菲罗啉混合后，180～200℃下水热反应30～50小时，得到钒铜前驱物；(2)将所述钒铜前驱物在500～600℃下煅烧2～3小时，得到所述钒酸铜。

【技术特征摘要】
1.一种钒酸铜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将偏钒酸铵、CuCl2·2H2O与邻菲罗啉混合后，180～200℃下水热反应30～50小时，得到钒铜前驱物；(2)将所述钒铜前驱物在500～600℃下煅烧2～3小时，得到所述钒酸铜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏钒酸铵、CuCl2·2H2O与邻菲罗啉的摩尔比为(1.5～3):1:1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，水热反应前还加入四丁基氢氧化铵。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述四丁基氢氧化铵与CuCl2·2H2O的摩尔比为(1×10...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩吉姝，王磊，孙静，刘艳茹，赵瑞阳，陈瑞欣，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37