一种高离子电导率的掺氯钼磷酸盐玻璃及其制备方法技术

一种具有高离子电导率且透明的掺氯钼磷酸盐玻璃及其制备方法，掺氯钼磷酸盐玻璃的摩尔组分为：14.81～19.05mol％的LiCl，29.63～38.10mol％的Li

A high ionic conductivity molybdophosphate glass and its preparation

A transparent molybdophosphate glass with high ionic conductivity and its preparation method. The molarity of molybdophosphate glass is 14.81-19.05mol% LiCl, 29.63-38.10mol% Li

【技术实现步骤摘要】
一种高离子电导率的掺氯钼磷酸盐玻璃及其制备方法
本专利技术涉及一种可用于全固态锂离子电池和导电光纤的磷酸盐玻璃，具体是一种具有高离子电导率且可见光透明的掺氯钼磷酸盐玻璃及其制备方法。
技术介绍
当前，磷酸盐玻璃由于具有灵活的组分配比和良好的成玻性能等被广泛用于各个领域，如快离子导体玻璃、高能激光玻璃和生物玻璃等。通过向磷酸盐玻璃中引入不同的修饰体阳离子可以极大地调控磷酸盐玻璃的离子电导率、化学稳定性和机械性能等。尤其是近些年来随着纯电动汽车和可穿戴电子设备的发展，传统液体电解质的锂离子电池远不能满足高电量密度、大电流和安全可靠的苛刻需求，新型全固态锂电池成为下一个电池技术的突破口。而快离子导体玻璃具有较高的常温离子电导率，是全固态锂电池中固体电解质的理想材料。同时，具有高离子电导率的磷酸盐玻璃还在可见光区有良好的透光性，因此可以被用于光遗传学中基因的激活与同步探测，以及电生理学等应用领域。通常，在磷酸盐玻璃中掺入卤化物有利于提高玻璃的离子电导率，但同时也会降低磷酸盐玻璃的化学稳定性。而引入过渡金属元素可以提高磷酸盐玻璃的化学稳定性。过渡金属元素通常具有更大的离子半径，可以扩展磷酸盐玻璃网络，使得Li+离子输运通道加大，降低Li+离子活化能，从而可以提高离子电导率。本专利技术提供了一种掺氯的钼磷酸盐玻璃及其制备方法。在已知专利案CN109906374A中，水野史教等人提出使用多种硫化物玻璃作为固态电池的电解质材料，这是由于硫化物玻璃相对于氧化物玻璃具有更高的离子电导率。然而，硫化物玻璃具有较差的化学稳定性，容易在空气中氧化或吸水变性，同时硫化物具有一定的生物毒性。因此，氧化物玻璃更加适合广泛的应用。通常具有高离子电导率的氧化物玻璃较少，而同时具有高离子电导率、良好的化学稳定性且透明的氧化物玻璃更加难以制备，目前未见相关专利案有类似报道。本专利技术包含一种高离子电导率且透明的掺氯钼磷酸盐玻璃及其制备方法。通过采用MoO3取代玻璃中部分P2O5，来提高该磷酸盐玻璃的化学稳定性，同时增大玻璃网络结构，扩大Li+离子输运通道，从而降低离子活化能，提升离子电导率，使得该掺氯磷酸盐玻璃能被用于高性能全固态锂离子电池中。与此同时，本专利技术中的掺氯钼磷酸盐玻璃在可见光区还具有良好的透光性，被拉制成光纤后，同时具备优良的导光性和导电性，极大地扩展了其在光遗传学和电生理学方面的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有高离子电导率且透明的掺氯钼磷酸盐玻璃及其制备方法，该掺氯钼磷酸盐玻璃具有高离子电导率、良好的化学稳定性和可见光透明等优点，并提供其相应的制备方法。本专利技术技术方案为：一种具有高离子电导率且透明的掺氯钼磷酸盐玻璃的成分特征描述如下：本专利技术还提供上述掺氯钼磷酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：①根据上述掺氯钼磷酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，以无水LiCl、Li2CO3、LiPO3和MoO3为原料，计算各个原料质量并称量好对应的原料；②将称量好的原料置于玛瑙研钵中充分研磨，形成混合粉料；③将上述步骤②制备得到的粉料置于铂金坩埚中，并于高温炉中以700～900℃熔化，熔化时间为10～60分钟。熔化过程需在铂金坩埚上加盖，减少原料挥发；④将熔化并澄清后的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，并迅速使用另一块预热好的铁质模具压制玻璃熔体，得到透明且均匀的玻璃片；⑤将得到的玻璃片迅速转移至马弗炉中进行退火处理，退火温度大约为玻璃转变温度(Tg)，保温3～24小时后，以0.1～10℃/h降温速率降至室温，随后取出玻璃。本专利技术的技术效果：由于MoO3来逐渐取代玻璃中的P2O5，提高该掺氯钼磷酸盐玻璃的化学稳定性，同时增大玻璃网络结构，扩大Li+离子输运通道，从而降低离子活化能，提升离子电导率，因而，本专利技术制备得到的掺氯钼磷酸盐玻璃，具有高的离子电导率、良好的化学稳定性且透明，使得该掺氯钼磷酸盐玻璃能被用于高性能全固态锂离子电池、光遗传学和电生理学等领域中。附图说明图1为本专利技术实施例1#、实施例2#和实施例3#样品在常温下的交流复阻抗谱，其中插图是各实施例中样品的常温离子电导率随MoO3含量的变化趋势图。具体实施方式本专利技术中具有高离子电导率且透明的掺氯钼磷酸盐玻璃3个具体实施例的组分如下所示：表1：具体7个实施案例的玻璃配方实施例1#：原料组成如表1所示，具体制备过程如下：称取原料(共5g)：将称量好的原料置于玛瑙研钵中充分研磨，形成混合粉料，并将粉料放入铂金坩埚中，于高温炉中以800℃熔制。熔化过程需在铂金坩埚上加盖，减少原料挥发。将熔化并澄清后的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，并迅速使用另一块预热好的铁板压制玻璃熔体，得到透明且均匀的玻璃片。将得到的玻璃片迅速转移至马弗炉中进行退火处理，退火温度为320℃，保温3小时后，以0.5℃/h降温速率降至室温，随后取出玻璃成品。本实施例中制备的玻璃样品常温下离子电导率测量值为4.2×10-8S/cm。实施例2#：原料组成如表1所示，具体制备过程如下：称取原料(共5g)：将称量好的原料置于玛瑙研钵中充分研磨，形成混合粉料，并将粉料放入铂金坩埚中，于高温炉中以800℃熔制。熔化过程需在铂金坩埚上加盖，减少原料挥发。将熔化并澄清后的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，并迅速使用另一块预热好的铁板压制玻璃熔体，得到透明且均匀的玻璃片。将得到的玻璃片迅速转移至马弗炉中进行退火处理，退火温度为340℃，保温3小时后，以0.5℃/h降温速率降至室温，随后取出玻璃成品。本实施例中制备的玻璃样品常温下离子电导率测量值为3.5×10-7S/cm。实施例3#：原料组成如表1所示，具体制备过程如下：称取原料(共5g)：将称量好的原料置于玛瑙研钵中充分研磨，形成混合粉料，并将粉料放入铂金坩埚中，于高温炉中以800℃熔制。熔化过程需在铂金坩埚上加盖，减少原料挥发。将熔化并澄清后的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，并迅速使用另一块预热好的铁板压制玻璃熔体，得到透明且均匀的玻璃片。将得到的玻璃片迅速转移至马弗炉中进行退火处理，退火温度为235℃，保温3小时后，以0.5℃/h降温速率降至室温，随后取出玻璃成品。本实施例中制备的玻璃样品常温下离子电导率测量值为1.1×10-5S/cm。实施例4#：原料组成如表1所示，具体制备过程如下：称取原料(共5g)：将称量好的原料置于玛瑙研钵中充分研磨，形成混合粉料，并将粉料放入铂金坩埚中，于高温炉中以800℃熔制。熔化过程需在铂金坩埚上加盖，减少原料挥发。将熔化并澄清后的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，并迅速使用另一块预热好的铁板压制玻璃熔体，得到透明且均匀的玻璃片。将得到的玻璃片迅速转移至马弗炉中进行退火处理，退火温度为350℃，保温3小时后，以0.5℃/h降温速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高离子电导率的掺氯钼磷酸盐玻璃，其特征在于，该掺氯钼磷酸盐玻璃的组分及摩尔百分比如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种具有高离子电导率的掺氯钼磷酸盐玻璃，其特征在于，该掺氯钼磷酸盐玻璃的组分及摩尔百分比如下：





2.根据权利要求1所述的具有高离子电导率的掺氯钼磷酸盐玻璃，其特征在于，该掺氯钼磷酸盐玻璃的组分的原料分别为无水LiCl、Li2CO3、LiPO3和MoO3。


3.根据权利要求1或2所述的具有高离子电导率的掺氯钼磷酸盐玻璃，其特征在于，该掺氯钼磷酸盐玻璃的组分摩尔百分比如下：





4.一种具有高离子电导率的掺氯钼磷酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
①按权利要求1所述的掺氯钼磷酸盐玻璃的组成及摩尔百分比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗辉，任进军，胡丽丽，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31