本發(fā)明涉及一種可作為鋰離子電池負極材料的化合物單晶微米結(jié)構(gòu)的制備方法，尤其涉及一種利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的方法。

背景技術(shù)：
釩酸鋰Li3VO4是一種應(yīng)用廣泛的材料。它的晶體結(jié)構(gòu)為Pmn21型的非中心對稱結(jié)構(gòu)，之前對其非線性光學等性能有比較廣泛的研究。Li3VO4的理論電容量為394mAh/g，具有循環(huán)性良好，充電放電的電勢比較低等特點。研究發(fā)現(xiàn)，釩酸鋰Li3VO4有可能是一種性能優(yōu)良的鋰離子電池負極材料。據(jù)文獻報道，釩酸鋰Li3VO4粉末材料的合成方法一般有以下幾種：常規(guī)固相合成法、溶膠凝膠法、普通水熱法等。目前這些方法存在著一些問題。固相合成得到的產(chǎn)物粉末顆粒形貌不均勻、比表面積小、團聚嚴重等，溶膠凝膠法和普通水熱法配料步驟復雜、過程時間較長、工藝較為繁瑣等。材料的形貌、微晶顆粒尺寸分布、顆粒的分散性等對材料性能可能產(chǎn)生極大地影響。提倡節(jié)能環(huán)保的“綠色化學化工”過程也符合材料學、化工工程等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。因此研究快速、安全、簡便的合成方法來獲得物相純凈、顆粒形貌均勻規(guī)整的釩酸鋰Li3VO4粉末材料具有重要的科學研究意義。然而，經(jīng)檢索目前還沒有利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的相關(guān)文獻報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有合成技術(shù)的不足和弊端，本發(fā)明提供了一種簡便可行的利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的方法。本發(fā)明所述利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的方法，步驟是：(1)配料：將作為合成目標釩酸鋰Li3VO4中的原料組分Li、V按照原子比Li﹕V＝3﹕1的比例，以固體碳酸鋰粉末和固體五氧化二釩粉末的形式混合；(2)配制混合溶劑：將丙酮與超純水按照體積比1﹕9至9﹕1之間的任意比例混合，制得混合溶劑；(3)分散物料：將步驟(1)混合后的固體粉末分散于步驟(2)所配制的混合溶劑中，形成固-液懸浮體，其中混合溶劑的量是粉末物料體積量的50～120倍；(4)利用高溫高壓混合溶劑熱體系實施恒溫反應(yīng)；(5)冷卻：恒溫反應(yīng)后，將反應(yīng)容器冷卻，容器內(nèi)壓力降至常壓；(6)洗滌：采用離心方式或用真空抽濾裝置將反應(yīng)容器內(nèi)的固體和液體分離，以超純水、乙醇或丙酮洗滌所得固體沉淀至少3次，或者洗滌到洗滌后的液體pH＝7止；(7)烘干：將步驟(6)洗滌后的固體沉淀用干燥設(shè)備烘干，獲得的產(chǎn)物即為純相的釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末；其特征是：步驟(4)所述利用高溫高壓混合溶劑熱體系實施恒溫反應(yīng)的方法是：將步驟(3)得到的固-液懸浮體放入高溫高壓反應(yīng)容器中，密閉后將反應(yīng)容器置加熱設(shè)備中加熱至200～350℃，容器內(nèi)壓力為2～9MPa，恒溫反應(yīng)1～4小時，此時反應(yīng)體系的技術(shù)特征為高溫高壓混合溶劑熱反應(yīng)體系；其中，所述高溫高壓反應(yīng)容器是帶有測溫、測壓裝置的高溫高壓反應(yīng)釜；所述加熱設(shè)備是指有精確控制溫度裝置的馬弗爐、電阻爐、管式爐、烘箱之一；步驟(5)所述反應(yīng)容器冷卻至20～25℃，冷卻的方式是將加熱器按照設(shè)定速度冷卻至室溫，或者直接斷電爐內(nèi)冷卻，或者直接將反應(yīng)容器從加熱器中取出自然冷卻，或者將反應(yīng)容器從加熱器中取出后放到冰水中冷卻；步驟(6)所述離心方式實施的條件是：離心轉(zhuǎn)速1000～2000轉(zhuǎn)/分，離心時間10～20分鐘；所述真空抽濾裝置采用孔徑為0.2～0.5微米的過濾器濾膜；步驟(7)所述干燥設(shè)備是烘箱、干燥箱或紅外線燈，烘干溫度是50～60℃。上述利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的方法中：步驟(2)所述丙酮與超純水優(yōu)選按照體積比1:2至2:1之間的任意比例混合。上述利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的方法中：步驟(3)所述混合溶劑的量優(yōu)選是粉末物料體積量的60～90倍。上述利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的方法中：步驟(4)所述加熱溫度優(yōu)選是250～300℃，容器內(nèi)壓力優(yōu)選為6～9MPa，恒溫反應(yīng)時間優(yōu)選1～2小時；所述加熱設(shè)備是指有精確控制溫度裝置的馬弗爐。上述利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的方法中：步驟(6)所述離心的條件優(yōu)選是：離心轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分，離心時間20分鐘。上述利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的方法中：步驟(6)所述真空抽濾裝置優(yōu)選采用孔徑為0.22～0.45微米的過濾器濾膜。本發(fā)明提供的利用高溫高壓混合溶劑熱體系合成釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末的方法具有獨特的優(yōu)勢，可以用快速、安全、簡便的方法獲得釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉體材料，解決了目前合成工藝方法中所存在的一些問題，促進了新型鋰離子電池負極材料的合成及應(yīng)用等科技領(lǐng)域的發(fā)展。本發(fā)明方法中，首次由常規(guī)的固相無機鹽和氧化物為原料，以丙酮和水混合物作為反應(yīng)媒介，在2～9MPa、200～350℃的溫度范圍、1～4小時反應(yīng)時間內(nèi)合成出了釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末材料。用此方法合成的釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末材料，物相純凈，顆粒形貌比較規(guī)整，顆粒尺寸范圍為1～20微米，并且顆粒不易團聚，分散性比較好。本發(fā)明方法使用了固相的反應(yīng)物原料，用高溫高壓混合溶劑熱體系作為反應(yīng)體系，簡化了合成步驟，反應(yīng)過程快速，同時降低了合成過程中的不安全因素，容易實現(xiàn)合成過程的控制以及產(chǎn)物顆粒形貌的控制。因為原料配制、反應(yīng)設(shè)備比較簡單，反應(yīng)過程容易調(diào)控，本發(fā)明方法特別適于工業(yè)化批量生產(chǎn)。本發(fā)明提供的釩酸鋰Li3VO4單晶微米粉末材料的高溫高壓混合溶劑熱體系合成方法還適用于一些多元氧化物單晶微米材料的合成，是一種合成含氧無機金屬化合物的普適方法。附圖說明圖1：采用高溫高壓混合溶劑熱體系合成方法制備的釩酸鋰Li3VO4微晶粉末。其中：圖1a是X-射線衍射圖譜；圖1b是掃描電鏡照片。圖2：采用高溫高壓混合溶劑熱體系合成方法制備的釩酸鋰Li3VO4微晶粉末。其中：圖2a是X-射線衍射圖譜；圖2b是掃描電鏡照片。圖3：采用高溫高壓混合溶劑熱體系合成方法制備的釩酸鋰Li3VO4微晶粉末。其中：圖3a是X-射線衍射圖譜；圖3b是掃描電鏡照片。圖4：采用高溫高壓混合溶劑熱體系合成方法制備的釩酸鋰Li3VO4微晶粉末。其中：圖4a是X-射線衍射圖譜；圖4b是掃描電鏡照片。具體實施方式實施例11.配料：將60ml丙酮和40ml超純水混合均勻，將0.6651克碳酸鋰、0.5457克五氧化二釩混合后分散到上述混合溶劑中。然后加入到帶有測溫、測壓裝置的高溫高壓反應(yīng)釜(容積為250毫升)中，密封。2.利用高溫高壓混合溶劑熱體系實施恒溫反應(yīng)：將密封的反應(yīng)釜放入馬弗爐中，加熱到280℃(容器內(nèi)壓力達9MPa)，在此溫度下恒定2小時。3.冷卻：使反應(yīng)釜自然冷卻至室溫(20℃～25℃)，將反應(yīng)釜從馬弗爐中取出。4.洗滌：從反應(yīng)釜中取出產(chǎn)物，將產(chǎn)物通過真空過濾器(孔徑為0.45微米)過濾，得到固體沉淀物；以超純水、乙醇洗滌所得固體沉淀到洗滌后的液體pH＝7止。5.烘干：將過濾后得到的固體在50℃～60℃溫度下的烘箱中烘干，得到釩酸鋰Li3VO4粉末。X-射線衍射結(jié)果表明，實驗得到的粉末為純相的釩酸鋰Li3VO4(圖1a)。掃描電子顯微鏡觀察表明，粉末為平均尺寸1～3微米的多面體顆粒(圖1b)。實施例21.配料：將60ml丙酮和40ml超純水混合均勻，將0.6651克碳酸鋰、0.5457克五氧化二釩混合后分散到上述混合溶劑中。然后加入到帶有測溫、測壓裝置的高溫高壓反應(yīng)釜(容積為250毫升)中，密封。2.利用高溫高壓混合溶劑熱體系實施恒溫反應(yīng)：將密封的反應(yīng)釜放入馬弗爐中，加熱到250℃(容器內(nèi)壓力達6.2MPa)，在此溫度下恒定1小時。3.冷卻：使反應(yīng)釜自然冷卻至室溫(20℃～25℃)，將反應(yīng)釜從馬弗爐中取出。4.洗滌：從反應(yīng)釜中取出產(chǎn)物，將產(chǎn)物通過真空過濾器(孔徑為0.45微米)過濾，得到固體沉淀物；以超純水、丙酮洗滌所得固體沉淀到洗滌后的液體pH＝7止。5.烘干：將過濾后得到的固體在50℃～60℃溫度下的烘箱中烘干，得到釩酸鋰Li3VO4微晶粉末。X-射線衍射結(jié)果表明，實驗得到的粉末為釩酸鋰Li3VO4(圖2a)。掃描電子顯微鏡觀察表明，粉末為平均尺寸直徑1微米長3～5微米的棒狀顆粒(圖2b)。實施例31.配料：將50ml丙酮和50ml超純水混合均勻，將0.6651克碳酸鋰、0.5457克五氧化二釩混合后分散到上述混合溶劑中。然后加入到帶有測溫、測壓裝置的高溫高壓反應(yīng)釜(容積為250毫升)中，密封。2.利用高溫高壓混合溶劑熱體系實施恒溫反應(yīng)：將密封的反應(yīng)釜放入馬弗爐中，加熱到250℃(容器內(nèi)壓力達6MPa)，在此溫度下恒定1小時。3.冷卻：使反應(yīng)釜自然冷卻至室溫(20℃～25℃)，將反應(yīng)釜從馬弗爐中取出。4.洗滌：從反應(yīng)釜中取出產(chǎn)物，將產(chǎn)物通過真空過濾器(孔徑為0.22微米)過濾，得到固體沉淀物；以超純水、乙醇洗滌所得固體沉淀到洗滌后的液體pH＝7止。5.烘干：將過濾后得到的固體在50℃～60℃溫度下的烘箱中烘干，得到釩酸鋰Li3VO4微晶粉末。X-射線衍射結(jié)果表明，實驗得到的粉末為釩酸鋰Li3VO4(圖3a)。掃描電子顯微鏡觀察表明，粉末為平均尺寸1～2微米的不規(guī)則形狀顆粒(圖3b)。實施例41.配料：將60ml丙酮和40ml超純水混合均勻，將0.6651克碳酸鋰、0.5457克五氧化二釩混合后分散到上述混合溶劑中。然后加入到帶有測溫、測壓裝置的高溫高壓反應(yīng)釜(容積為250毫升)中，密封。2.利用高溫高壓混合溶劑熱體系實施恒溫反應(yīng)：將密封的反應(yīng)釜放入馬弗爐中，加熱到270℃(容器內(nèi)壓力達8MPa)，在此溫度下恒定1小時。3.冷卻：使反應(yīng)釜自然冷卻至室溫(20℃～25℃)，將反應(yīng)釜從馬弗爐中取出。4.洗滌：從反應(yīng)釜中取出產(chǎn)物，將產(chǎn)物通過真空過濾器(孔徑為0.45微米)過濾，得到固體沉淀物；以超純水、丙酮洗滌所得固體沉淀到洗滌后的液體pH＝7止。5.烘干：將過濾后得到的固體在50℃～60℃溫度下的烘箱中烘干，得到釩酸鋰Li3VO4微晶粉末。X-射線衍射結(jié)果表明，實驗得到的粉末為釩酸鋰Li3VO4(圖4a)。掃描電子顯微鏡觀察表明，大部分粉末為直徑5～10微米長20微米的棒狀顆粒(圖4b)。