[发明专利]利用高温高压混合溶剂热体系合成钒酸锂Li3VO4单晶微米粉末的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可作为锂离子电池负极材料的化合物单晶微米结构的制备方法，尤其涉及一种利用高温高压混合溶剂热体系合成钒酸锂Li₃VO₄单晶微米粉末的方法。

背景技术

钒酸锂Li₃VO₄是一种应用广泛的材料。它的晶体结构为pmn21型的非中心对称结构，之前对其非线性光学等性能有比较广泛的研究。Li₃VO₄的理论电容量为394mAh/g，具有循环性良好，充电放电的电势比较低等特点。研究发现，钒酸锂Li₃VO₄有可能是一种性能优良的锂离子电池负极材料。

据文献报道，钒酸锂Li₃VO₄粉末材料的合成方法一般有以下几种：常规固相合成法、溶胶凝胶法、普通水热法等。目前这些方法存在着一些问题。固相合成得到的产物粉末颗粒形貌不均匀、比表面积小、团聚严重等，溶胶凝胶法和普通水热法配料步骤复杂、过程时间较长、工艺较为繁琐等。材料的形貌、微晶颗粒尺寸分布、颗粒的分散性等对材料性能可能产生极大地影响。提倡节能环保的“绿色化学化工”过程也符合材料学、化工工程等领域的发展趋势。因此研究快速、安全、简便的合成方法来获得物相纯净、颗粒形貌均匀规整的钒酸锂Li₃VO₄粉末材料具有重要的科学研究意义。然而，经检索目前还没有利用高温高压混合溶剂热体系合成钒酸锂Li₃VO₄单晶微米粉末的相关文献报道。

发明内容

针对现有合成技术的不足和弊端，本发明提供了一种简便可行的利用高温高压混合溶剂热体系合成钒酸锂Li₃VO₄单晶微米粉末的方法。

本发明所述利用高温高压混合溶剂热体系合成钒酸锂Li₃VO₄单晶微米粉末的方法，步骤是：

(1)配料：将作为合成目标钒酸锂Li₃VO₄中的原料组分Li、V按照原子比Li﹕V＝3﹕1的比例，以固体碳酸锂粉末和固体五氧化二钒粉末的形式混合；

(2)配制混合溶剂：将丙酮与超纯水按照体积比1﹕9至9﹕1之间的任意比例混合，制得混合溶剂；

(3)分散物料：将步骤(1)混合后的固体粉末分散于步骤(2)所配制的混合溶剂中，形成固-液悬浮体，其中混合溶剂的量是粉末物料体积量的50～120倍；

(4)利用高温高压混合溶剂热体系实施恒温反应；

(5)冷却：恒温反应后，将反应容器冷却，容器内压力降至常压；

(6)洗涤：采用离心方式或用真空抽滤装置将反应容器内的固体和液体分离，以超纯水、乙醇或丙酮洗涤所得固体沉淀至少3次，或者洗涤到洗涤后的液体pH＝7止；

(7)烘干：将步骤(6)洗涤后的固体沉淀用干燥设备烘干，获得的产物即为纯相的钒酸锂Li₃VO₄单晶微米粉末；

其特征是：

步骤(4)所述利用高温高压混合溶剂热体系实施恒温反应的方法是：将步骤(3)得到的固-液悬浮体放入高温高压反应容器中，密闭后将反应容器置加热设备中加热至200～350℃，容器内压力为2～9MPa，恒温反应1～4小时，此时反应体系的技术特征为高温高压混合溶剂热反应体系；其中，所述高温高压反应容器是带有测温、测压装置的高温高压反应釜；所述加热设备是指有精确控制温度装置的马弗炉、电阻炉、管式炉、烘箱之一；

步骤(5)所述反应容器冷却至20～25℃，冷却的方式是将加热器按照设定速度冷却至室温，或者直接断电炉内冷却，或者直接将反应容器从加热器中取出自然冷却，或者将反应容器从加热器中取出后放到冰水中冷却；

步骤(6)所述离心方式实施的条件是：离心转速1000～2000转/分，离心时间10～20分钟；所述真空抽滤装置采用孔径为0.2～0.5微米的过滤器滤膜；

步骤(7)所述干燥设备是烘箱、干燥箱或红外线灯，烘干温度是50～60℃。

上述利用高温高压混合溶剂热体系合成钒酸锂Li₃VO₄单晶微米粉末的方法中：步骤(2)所述丙酮与超纯水优选按照体积比1:2至2:1之间的任意比例混合。