一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法与应用，其制备方法包括如下步骤：S1、将NH4VO3与水搅拌混合，并进行蒸发反应，得到橙黄色粉末；S2、加热S1步骤得到的橙黄色粉末，得到红褐色粉末，烘干后即为NH4V3O8粉末。与现有技术相比，本发明专利技术利用溶剂去离子水的蒸发，溶液的pH减小，实现了以NH4VO3为原料，一系列水解反应得以自发进行，最终成功合成NH4V3O8粉末。本发明专利技术所用设备简单，原料少，成本低；方法简便，无需人为加酸调节pH；合成时间短，能耗少；原料利用率高，产率高，可大量制备，适用于工业生产。工业生产。工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池材料制备领域，尤其是涉及一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)因具有高能量密度、优良的循环寿命、无记忆效果、相对环保等特点而成为电动汽车和便携式电子产品领域的主要储能器件。在整个电池系统中，正极材料发挥着至关重要的作用。目前能够应用于锂离子电池的正极材料大致可分为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、层状富镍三元材料、富锂过渡金属氧化物和钒基材料等。钒基材料因成本低、价态多、层间距大、比容量高等优点而引起了广泛的研究。钒酸铵，作为钒基材料中的一类，与金属钒酸盐相比具有较小的分子量和密度、V
‑
O层间能形成氢键增强结构稳定性、NH
4+
作为V
‑
O层间的柱离子可以避免结构被破坏等优点。
[0003]现有制备NH4V3O8的方法已见诸报道，例如传统水热法，微波辅助的水热法，表面活性剂辅助的水热法，低温水热法等。上述合成方法基本都需要用到反应釜，成本高；步骤繁琐，需要加酸调控pH；水热时间长(8～48h)，能耗高；有些反应中会使用有机溶剂或者添加表面活性剂，不环保。因此，为了改变以往大多数采用水热合成的方法，并且能实现无需加酸，自动调节pH，缩短反应时间，减少能耗，而提出一种新的合成方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法与应用。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术的技术方案之一为提供一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、将NH4VO3与水搅拌混合，并进行蒸发反应，得到橙黄色粉末；
[0008]S2、加热S1步骤得到的橙黄色粉末，得到红褐色粉末，烘干后即为NH4V3O8粉末。
[0009]进一步地，S1步骤中，NH4VO3与水混合后的浓度为0.1367～0.5470mol/L。
[0010]进一步地，S1步骤中，搅拌的时间为8
‑
20h。
[0011]进一步地，S1步骤中，蒸发反应的工艺条件为：在转速为200～400rpm，温度为170～300℃的条件下进行反应。
[0012]进一步地，S1步骤中，当NH4VO3与水的混合溶液中的水分蒸干时则结束蒸发反应。
[0013]进一步地，S2步骤中，加热反应的温度为170～300℃，加热反应的时间为10～45min。
[0014]进一步地，S2步骤中，烘干的时间为12～24h。
[0015]本专利技术的技术方案之二为提供一种NH4V3O8，基于上述技术方案之一所述的NH4V3O8制备方法。
[0016]本专利技术的技术方案之三为提供一种如上述技术方案之二所述的NH4V3O8的应用，所述NH4V3O8作为正极材料用于制备电池。
[0017]进一步地，所述电池为锂离子电池。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0019](1)本专利技术利用溶剂去离子水的蒸发，使得混合溶液的pH减小，实现了以NH4VO3为原料，一系列水解反应得以自发进行，最终成功合成NH4V3O8粉末，其反应过程如下：1、NH4VO3+H2O
→
HVO3+NH4OH；2、4HVO3+H2O
→
VO
3—
+H3O
+
；3、CH3COOH+H2O
→
CH3COO
—
+H3O
+
；4、2VO
3—
+2H
+
→
V2O5+H2O；5、3V2O5+2NH4OH
→
2NH4V3O8+H2O。从上述化学式中可以看出水参与了反应，并生成了H
+
，随着后期水的蒸发，溶液的酸性会逐渐变高，pH会减小，在第五步反应的产物除去水后即为NH4V3O8。
[0020](2)本专利技术的整个过程关于pH的变化可通过溶液颜色的变化进行判断，刚开始加热溶解后为黄色透明溶液，随着水分的蒸发，逐渐变为橙黄色，并不断加深。刚开始溶液的pH约为6，水分蒸干变成橙黄色粉末，当临近水分蒸干时的pH约为4，满足传统NH4V3O8的制备方法中需要调节pH至2.0
‑
5.5的要求。
[0021](3)本专利技术所用设备简单，原料少，成本低；方法简便，无需人为加酸调节pH；合成时间短，能耗少。
[0022](4)本专利技术原料利用率高，产量高，可大量制备，适用于工业生产。
[0023](5)对本专利技术制备得到的正极材料组装锂离子电池进行测试，实验表明，所述锂离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性，实现高容量、长寿命。在230℃合成的NH4V3O8正极材料组装的电池性能测试最好，在150mAg
‑1的电流密度下进行充放电循环测试，循环100圈后比容量稳定保持在148.7mAh g
‑1。同时在30mAg
‑1和300mAg
‑1电流密度下充放电，比容量分别能达到415.5mAh g
‑1和135.2mAh g
‑1。
附图说明
[0024]图1为实施例1制备得到的正极材料的XRD图。
[0025]图2为实施例1制备得到的正极材料的SEM图。
[0026]图3为实施例1、实施例3和实施例4制备得到的正极材料应用于锂离子电池在不同电流密度下充放电的倍率性能比较图。
[0027]图4为实施例1、实施例3和实施例4制备得到的正极材料应用于锂离子电池在电流密度为150mAg
‑1时充放电的循环性能图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0029]以下各实施例和对比例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料产品或常规处理技术。
[0030]实施例1：
[0031]一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法，包括如下步骤：
[0032]配置浓度为0.2735mol/L(0.8g NH4VO3和25mL H2O)的NH4VO3溶液，磁力搅拌16h；将搅拌器转速设置为300rpm，温度设为230℃开始加热；42min后NH4VO3溶液蒸干形成橙黄色粉
末；继续加热20min后形成红褐色粉末，即得到NH4V3O8。
[0033]实施例2：
[0034]一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法，包括如下步骤：
[0035]配置浓度为0.2735mol/L(1.6g NH4VO3和50mL H2O)的NH4VO3溶液，磁力搅拌20h；将搅拌器转速设置为300rpm，温度设为230℃开始加热；90min后溶液蒸干形成橙黄色粉末；继本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将NH4VO3与水搅拌混合，并进行蒸发反应，得到橙黄色粉末；S2、加热S1步骤得到的橙黄色粉末，得到红褐色粉末，烘干后即为NH4V3O8粉末。2.根据权利要求1所述的一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法，其特征在于，S1步骤中，NH4VO3与水混合后的浓度为0.1367～0.5470mol/L。3.根据权利要求1所述的一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法，其特征在于，S1步骤中，搅拌的时间为8
‑
20h。4.根据权利要求1所述的一种基于自动调节pH的NH4V3O8制备方法，其特征在于，S1步骤中，蒸发反应的工艺条件为：在转速为200～400rpm，温度为170～300℃的条件下进行反应。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳琳，闫丽，黄守双，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：