[发明专利]钒酸钙膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钒酸钙膜及其制备方法和应用，属无机非金属材料领域。钒酸钙组成为CaV₆O₁₆·3H₂O，其制备方法为将可溶性钙盐和正钒酸钠按Ca:V摩尔比为1:1~6配制成混合溶液；调节混合溶液pH值为5.2~6.2，搅拌均匀后于140‑260°C反应1‑24h，得粗产品混合物；将步骤所得的粗产品混合物冷却至室温、洗涤、按压成片状、干燥，得钒酸钙膜。本发明有益效果是采用一步水热法、湿法合成，实现了钒酸钙的低温制备，能耗低；合成过程中不需使用任何表面活性剂或有机模板即可获得膜状结构，且产物纯净、结晶良好；合成方法工艺简单、条件可控、适宜批量生产，为应用研究奠定良好基础。

技术领域

本发明属于无机金属材料及制备领域，具体涉及一种钒酸钙膜及其制备方法和应用。

背景技术

钒酸钙是一种重要的无机材料，根据钙、钒、氧比例的不同，钒酸钙具有多种不同的组成与结构，并具有良好的光学、电化学及催化特性，在光学器件、锂离子电池、电化学传感器及催化领域具有很好的应用前景，引起了人们的广泛研究兴趣。传统的钒酸钙的合成方法主要是高温固相反应，通过高温固相法可以制备出无规则形貌的钒酸钙粉末，该反应过程能耗高、周期长，产物尺寸较大且不均匀。

近年来，随着纳米技术的不断发展，具有低维结构的纳米材料由于其独特的微观结构，在众多领域表现出更加优良的性能，因此各类纳米材料的制备工艺及相关性能的研究已逐渐成为研究热点，具有三维纳米结构的整体膜材料更是引起人们极大的关注，该类材料主要由纳米颗粒、纳米线、纳米片等零维、一维或二维纳米材料组装而成。

具有三维纳米结构的整体膜材料结构有序且稳定，在锂离子电池、超级电容器、光吸收及光电催化等领域展现出优异的性能。在锂离子电池领域，在制备电池极片过程中需要加入导电剂、粘结剂等外加剂，其中导电剂主要是为了提高电极材料的导电性，粘结剂主要是为了将电极材料粉体粘附在集流体上制作为电极片或电极膜，外加剂本身并不能放出容量，加的多了反而降低了电池的体积密度。而三维纳米结构的整体膜用作锂离子电池电极材料，由于其具有三维纳米结构结合紧密，电阻一般都很小，无需再加入炭黑等添加剂和粘结剂即可成电极膜，所以膜电极材料一般都比较纯净，这不仅为研究电极活性物质的电化学本质提供了良好的条件，而且能够有效缩短离子的扩散距离，显示出更高的嵌锂电压、更大的能量密度、更低的成本和更简易的制备工艺；同时由于该整体膜电极中不需要添加导电剂、粘结剂等外加剂，利于提高电池的体积密度及能量密度，是设计开发大体积锂离子电池及薄膜锂离子电池电极材料的一种有效方法，成为储能体系研究中领域的一个新热点。

目前，关于钒酸钙纳米材料方面的研究，其组成主要包括CaV₂O₆、Ca₂V₂O₇、Ca₁₀V₆O₂₅等。然而，具有三维纳米结构的钒酸钙整体膜材料还未见报道。

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、性能优良的钒酸钙膜及其制备方法和应用，其采用一步水热法，通过调控反应pH值及反应浓度，制备出超长的钒酸钙纳米线，由于纳米线相互缠绕形成了沉淀团块，所述沉淀团块经裁剪、按压成厚薄均匀的膜状物，经干燥形成致密的钒酸钙膜；钒酸钙膜可直接用于锂离子电池的电极材料或直接作为紫外-可见光吸收膜，其成型工艺简单。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种钒酸钙膜，所述钒酸钙膜的断面厚度为50~80μm，化学组成为CaV₆O₁₆·3H₂O。

上述的钒酸钙膜直接作为电极材料在锂离子电池中的应用。形成的钒酸钙膜无需再添加其它粘结剂材料和制膜工艺，工艺简单。

上述的钒酸钙膜的制备方法，包括以下步骤：