專利名稱：一種堿金屬釩氧化物的合成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種堿金屬釩氧化物的合成方法。
關于鋰釩氧化物(Li1.2V3O8)的合成，有如下兩種典型的方法①將Li2CO3粉末與V2O5粉末按0.4∶1的摩爾比混合研磨，然后在680℃氧氣氛下加熱24小時。冷卻后研磨可得到產物。
②將V2O5粉末緩慢加入到LiOH溶液中，邊加熱邊攪拌直至V2O5粉末完全溶解，生成Li1.2V3O8的懸濁液。然后將后者過濾，用水清洗，再在150-400℃下處理可得產物。
方法①是Li1.2V3O8最早的合成方法，用的是高溫固相反應，所得到的產物結晶度高，產物粒度較大，因此在用作電極活性材料的時候，鋰離子的擴散通道較長，不利于大電流充放電，容量也不高。由于固相反應的原料需要均勻分散，充分的機械研磨必不可少，因此設備投資較大，損耗也較大。又由于該固相反應必須在高溫下進行，一方面生產成本較高，另一方面高溫下輕質元素鋰容易揮發(fā)，造成組分失配，產生雜質相，產品質量難以得到保證。方法②是Li1.2V3O8典型的低溫合成方法，用該方法得到的產物結晶度顆粒較小，比容量顯著提高。但是在這種辦法中，V2O5粉末的溶解很緩慢，特別是到了反應的末期。為提高反應的速度，常需輔之以數(shù)十小時的加熱和攪拌。
對于M1.2V3O8之外的堿金屬釩氧化物，例如MxV2O5，上述問題依然存在。
本發(fā)明提供的技術方案是一種堿金屬釩氧化物的合成方法，向五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入LiOH和/或KOH和/或NaOH粉末或溶液，通過超聲波分散或機械、磁力等攪拌方法分散均勻后，得到一種成分均勻、分散良好的堿金屬釩氧化物溶膠。該溶膠可長期保存而無沉淀。將該溶膠置于150-450℃、空氣或氧氣氛下加熱處理后，經(jīng)研磨可得到不同結晶度的產物。隨著處理溫度的升高，產物從無定型向晶型轉變。
本發(fā)明中所用的釩源為五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)。五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)的微觀結構和正交晶型的V2O5相似，但前者由于是二維層狀結構，因此比后者有更高的反應活性。
五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)可通過偏釩酸鈉(NaVO3)水溶液經(jīng)氫離子交換樹脂離子交換得到。
本發(fā)明操作簡便、制備迅速，適合溫度范圍寬，所得產品性能優(yōu)良，非常適合大規(guī)模生產。該過程由于所需溫度較低，沒有輕質元素的逸出，利于控制產物組分；同時沒有廢氣產生，對環(huán)境無污染。因為是液相反應，反應物混合均勻，接觸充分，所以反應徹底，產物純度高，無須后續(xù)處理即可直接用作電極活性材料。
實施例2向101.4克含V2O5質量百分比1.92％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入360毫克LiOH·H2O粉末，然后通過超聲波分散6分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于250℃氧氣氛下加熱處理8小時，研磨后可得到低結晶度的Li1.2V3O8。
實施例3將167毫克LiOH·H2O溶于20毫升二次水，然后加入到50克含V2O5質量百分比1.81％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中，然后通過磁力攪拌分散3分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于350℃氧氣氛下加熱處理6小時，研磨后可得到較高結晶度的Li1.2V3O8。
實施例4向70克含V2O5質量百分比1.81％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入27.8毫升0.2 M的NaOH溶液，然后通過超聲波分散5分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于150℃空氣氛下加熱處理10小時，研磨后可得到非晶態(tài)的Na1.2V3O8。
實施例5向75克含V2O5質量百分比1.81％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入29.8毫升0.2 M的NaOH溶液，然后通過超聲波分散5分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于250℃空氣氛下加熱處理8小時，研磨后可得到較低結晶度的Na1.2V3O8。
實施例6向80克含V2O5質量百分比1.81％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入31.8毫升0.2M的NaOH溶液，然后通過攪拌分散7分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于400℃氧氣氛下加熱處理7小時，研磨后可得到較高結晶度的Na1.2V3O8。
實施例7向50克含V2O5質量百分比1.81％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入19.9毫升0.2M的KOH溶液，然后通過攪拌分散7分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于400℃氧氣氛下加熱處理7小時，研磨后可得到較高結晶度的K1.2V3O8。
實施例8向80克含V2O5質量百分比1.7％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入29.9毫升的含NaOH 0.15M，LiOH 0.05M的混合溶液，然后通過超聲波分散7分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于400℃氧氣氛下加熱處理7小時，研磨后可得到較高結晶度的Li0.3Na0.9V3O8。
實施例9向60克含V2O5質量百分比1.7％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入22.4毫升的含NaOH0.10M，LiOH0.05M，KOH0.05M的混合溶液，然后通過超聲波分散6分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于400℃氧氣氛下加熱處理7小時，研磨后可得到晶型的Li0.3Na0.6K0.3V3O8。
實施例10向50克含V2O5質量百分比1.81％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入14.9毫升0.1M的NaOH溶液，然后通過超聲分散7分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于250℃空氣氛下加熱處理7小時，研磨后可得到較低結晶度的Na0.3V2O5。
實施例11向60克含V2O5質量百分比1.81％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入11.9毫升0.1M的LiOH溶液，然后通過攪拌分散5分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于250℃空氣氛下加熱處理8小時，研磨后可得到較低結晶度的Li0.2V2O5。
實施例12向45克含V2O5質量百分比1.81％的五氧化二釩水化物(V2O5·nH2O)中加入13.4毫升0.1M的KOH溶液，然后通過超聲分散4分鐘得到成分均勻、分散良好的溶膠；將該溶膠置于300℃空氣氛下加熱處理6小時，研磨后可得到晶型的K0.3V2O5。
權利要求
1.一種堿金屬釩氧化物的合成方法，向五氧化二釩水化物中加入LiOH和/或KOH和/或NaOH粉末或溶液，通過超聲波分散或機械、磁力攪拌方法分散均勻后，得到堿金屬釩氧化物溶膠；將該溶膠置于150-450℃、空氣或氧氣氛下加熱處理，研磨后可得到所需產物。
全文摘要
一種堿金屬釩氧化物的合成方法，向五氧化二釩水化物中加入LiOH和/或KOH和/或NaOH粉末或溶液，通過超聲波分散或機械、磁力攪拌方法分散后，得到一種成分均勻、分散良好的堿金屬釩氧化物溶膠；將該溶膠置于150－450℃空氣氛或氧氣氛下加熱處理，冷卻后研磨可得到不同結晶度的產物。隨著處理溫度的升高，產物從無定型向晶型轉變。本發(fā)明操作簡便、制備迅速，適合溫度范圍寬，所得產品性能優(yōu)良，非常適合大規(guī)模生產。
文檔編號C01G1/02GK1397496SQ0213892
公開日2003年2月19日 申請日期2002年8月15日 優(yōu)先權日2002年8月15日
發(fā)明者謝靜剛, 周運鴻, 詹暉, 肖婕, 李金霞 申請人:武漢大學