CN101920993B - 钒酸铜电极材料的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源材料技术领域，具体为一种钒酸铜电极材料及其制备方法和应用。本发明通过一步水热方法制备得钒酸铜材料，其组份为Cu 4V 2.15O 9.38,粒径为5 – 20μm，为由纳米片构成的多级结构。本发明工艺简单，重现性好。该钒酸铜多级结构兼具体相材料（稳定性高、易于组装电极）与纳米材料（较大的放电容量、良好的倍率性能）的优点，在一次锂离子电池中具有非常好的应用前景。

Description

钒酸铜电极材料的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种可作为一次锂离子电池正极材料的钒酸铜材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前，心血管疾病已经成为威胁人类健康的头号大敌，据世界卫生组织（World Health Organization）统计，2005年全世界死于心血管疾病的人数已经高达1750万，占世界人口总死亡的30%。因此，与心血管疾病的抗争已经成为全人类的挑战之一。植入型心律转复除颤器（Implantable Cardioverter defibrillator, ICDs）是一种应用电击来抢救和治疗心律失常的医疗电子设备，它对于预防心脏性猝死很有效。
随着植入型心律转复除颤器应用的不断推广，人们对其电池性能的要求也不断提高。目前，应用于植入型心律转复除颤器的电池主要为锂/钒酸银一次电池。与钒酸银材料相比，钒酸铜材料在作为一次锂离子电池方面具有较大的优势：首先，Cu的原子量更小（Cu为64 g/mol，Ag为108 g/mol）；其次，二价铜离子可以进行双电子还原反应，而一价的银离子只能进行单电子还原反应（Ma, H.; Zhang, S. Y.; Ji, W. Q.; Tao, Z. L.; Chen, J., J. Am. Chem. Soc.,  2008,  130, 5361.）；再次，铜盐的价格远远低于银盐。因此，用钒酸铜材料取代一次锂离子电池中的钒酸银材料可以提高电池的放电容量，对提高电池的综合性能具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、性能优良的钒酸铜材料及其制备方法和应用。
本发明采用简单一步水热法制备得钒酸铜材料，其组分为Cu4V2.15O9.38，粒径大小在5 – 50 μm，是由纳米片进一步组装而成的多级结构。该钒酸铜多级结构具有体相材料稳定性好、易于组装成电池的特点，又具有且纳米材料放电容量大、倍率性能好的优点，在一次锂离子电池中具有广泛的应用前景。例如可用作植入型心律转复除颤器的一次锂离子电池正极材料，提高电池的放电容量和倍率性能，从而提高该类电池的综合性能。
本发明的钒酸铜材料的制备方法如下：
（1）在25 ℃ --28 ℃下将5--7毫摩尔五氧化二钒或10--12毫摩尔偏钒酸铵溶解于100--120 毫升质量百分比为 3.0 %的双氧水形成橘黄色澄清溶液。在此温度下将溶液继续搅拌12--14小时。加入5 – 40 毫摩尔尿素和5 – 10 毫摩尔金属铜盐（如三水合硝酸铜、五水合硫酸铜、三水合醋酸铜或二水合氯化铜），搅拌至溶解。 
（2）将步骤（1）所得溶液转移至不锈钢水热釜，于200 ℃ --220℃下水热6 - 72小时。
（3）冷却至室温后，抽滤，去离子水洗涤产物，室温干燥。
本发明中，制备钒酸铜所用的金属铜盐可以是硝酸铜、醋酸铜、氯化铜或硫酸铜。
制备钒酸铜所用的钒源可以是五氧化二钒或者偏钒酸铵。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）所得钒酸铜材料的成本低于传统的钒酸银材料。
（2）所得钒酸铜材料的放电容量大于传统的钒酸银材料。
（3）所得钒酸铜多级结构兼具体相材料（稳定性高、易于组装电极）与纳米材料（较大的放电容量、良好的倍率性能）的优点。
附图说明
图1为钒酸铜材料的X射线衍射图谱。
图2为钒酸铜多级结构的扫描电镜照片。
图3为钒酸铜材料的倍率性能图。
具体实施方式
实施例1
在25 ℃下将5 毫摩尔五氧化二钒溶解于100 毫升质量百分比为 3.0 %的双氧水形成橘黄色澄清溶液。在此温度下将溶液继续搅拌12小时。加入15 毫摩尔尿素和5 毫摩尔三水合硝酸铜，搅拌至溶解。将所得溶液转移至200毫升不锈钢水热釜，于200 ℃下水热24小时。冷却至室温后，抽滤，去离子水洗涤产物，室温干燥。
实施例2
在25 ℃下将10 毫摩尔偏钒酸铵溶解于100 毫升质量百分比为 3.0 %的双氧水。在此温度下将溶液继续搅拌12小时。加入20 毫摩尔尿素和10 毫摩尔五水合硫酸铜，搅拌至溶解。将所得溶液转移至200毫升不锈钢水热釜，于200 ℃下水热72小时。冷却至室温后，抽滤，去离子水洗涤产物，室温干燥。
实施例3
在25 ℃下将5 毫摩尔五氧化二钒溶解于100 毫升质量百分比为 3.0 %的双氧水形成橘黄色澄清溶液。在此温度下将溶液继续搅拌12小时。加入5 毫摩尔尿素和5 毫摩尔三水合醋酸铜，搅拌至溶解。将所得溶液转移至200毫升不锈钢水热釜，于200 ℃下水热6小时。冷却至室温后，抽滤，去离子水洗涤产物，室温干燥。
实施例4
在25 ℃下将5 毫摩尔五氧化二钒溶解于100 毫升质量百分比为 3.0 %的双氧水形成橘黄色澄清溶液。在此温度下将溶液继续搅拌12小时。加入40 毫摩尔尿素和10 毫摩尔二水合氯化铜，搅拌至溶解。将所得溶液转移至200毫升不锈钢水热釜，于200 ℃下水热6小时。冷却至室温后，抽滤，去离子水洗涤产物，室温干燥。

Claims (3)

1.一种钒酸铜材料，其特征在于组分为Cu4V2.15O9.38，粒径为5 – 50 μm，为由纳米片构成的多级结构。
2.一种如权利要求1所述的钒酸铜材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）在25℃ --28℃下将5--7 毫摩尔五氧化二钒或10--12毫摩尔偏钒酸铵溶解于100--120 毫升质量百分比为 3.0 %的双氧水形成橘黄色澄清溶液；在此温度下将溶液继续搅拌12--14小时；加入5 – 40 毫摩尔尿素和5 – 10 毫摩尔的金属铜盐，搅拌至溶解；金属铜盐为三水合硝酸铜、五水合硫酸铜、三水合醋酸铜或二水合氯化铜；
（2）将步骤（1）所得溶液转移至不锈钢水热釜，于200℃ --220℃下水热6 - 72小时；
（3）冷却至室温后，抽滤，去离子水洗涤产物，室温干燥。
3.如权利要求1所述的钒酸铜材料作为锂/钒酸铜一次电池正极材料的应用。
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