改性磷酸盐玻璃及制备方法与其在电化学器件中的应用技术

本发明专利技术公开了改性磷酸盐玻璃及制备方法与其在电化学器件中的应用，其制备方法为：将原磷酸盐玻璃进行恒温恒湿处理获得改性磷酸盐玻璃；所述原磷酸盐玻璃为具有电化学性能的磷酸盐玻璃，所述恒温恒湿处理为在设定温度和设定湿度下进行处理。本发明专利技术通过恒温恒湿处理后，引入不同的水分子基团，这些水分子基团在玻璃基体中不仅起了支撑结构的作用也提高了离子运输速率，提高了材料的电化学性能，本发明专利技术提供的改性磷酸盐玻璃充放电容量高、循环稳定性好，且满足过程简单的要求。且满足过程简单的要求。且满足过程简单的要求。

【技术实现步骤摘要】
改性磷酸盐玻璃及制备方法与其在电化学器件中的应用


[0001]本专利技术属于电化学材料
，涉及玻璃电极材料，具体涉及改性磷酸盐玻璃及制备方法与其在电化学器件中的应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]锂离子电池由于其较高的能量密度，优异的循环性能和自放电效应低而得到广泛应用。然而，随着各种大规模储能电站、电动汽车、智能电网等的迅速发展，对锂离子电池的能量密度和功率密度提出了更高的要求，改善锂离子电池电极材料的电化学性能是解决这一问题的关键之一。传统的锂离子电池电极材料主要有各种纳米材料、复合材料、以及结构材料等。晶体电极材料在充放电过程中存在体积膨胀效应，会发生结构崩塌甚至粉化，使得循环稳定性大大降低，并引发安全问题。
[0004]玻璃被认为是一种具有极大应用前景的锂离子电池电极材料。玻璃电极材料具有独特的三维无规则网络结构，易于形成锂离子脱嵌通道从而提升电池的容量及倍率性能。而且，玻璃不像晶体材料那样存在明显的晶界和规则有序的微观结构，其独特的长程无序结构可以缓冲锂离子脱嵌过程中引起的体积膨胀效应，避免造成结构塌陷与粉化，从而提高电极材料的循环稳定性。磷酸盐玻璃作为电极材料表现出了很好的电化学性能，是理想的动力电池电极材料。不仅如此，磷酸盐玻璃还被用于钠离子电池、镁离子电池、超级电容器、传感器等电化学器件中。但是，专利技术人研究发现，目前磷酸盐玻璃电极材料的容量以及循环稳定性仍然不能满足大功率器件的需求，需要改进。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供改性磷酸盐玻璃及制备方法与其在电化学器件中的应用，本专利技术能够大幅度提高了磷酸盐玻璃电极材料的可逆容量和循环稳定性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一方面，一种改性磷酸盐玻璃的制备方法，将原磷酸盐玻璃进行恒温恒湿处理获得改性磷酸盐玻璃；所述原磷酸盐玻璃为具有电化学性能的磷酸盐玻璃，所述恒温恒湿处理为在设定温度和设定湿度下进行处理。
[0008]本专利技术利用磷酸盐玻璃的吸水特征，通过原磷酸盐玻璃恒温恒湿处理，从而引入不同的水分子基团，这些水分子基团在玻璃基体中不仅起了支撑结构的作用也提高了离子运输速率，大幅度提高了磷酸盐玻璃电极材料的可逆容量和循环稳定性，从而提高了磷酸盐玻璃的电化学性能。
[0009]另一方面，一种改性磷酸盐玻璃，由上述制备方法获得。
[0010]第三方面，一种上述改性磷酸盐玻璃在电化学器件中的应用。
[0011]第四方面，一种电极，包括活性材料、导电材料、粘结剂及集流体，粘结剂将活性材料、导电材料粘结在集流体上；所述活性材料为上述改性磷酸盐玻璃。
[0012]第五方面，一种离子电池，包括上述电极、对电极、电解液。
[0013]为了验证本专利技术的制备方法可以用于所有具有电化学性能的磷酸盐玻璃，本专利技术第六方面还提供了一种新的磷酸盐玻璃，具体为，一种磷酸盐玻璃，由原料通过熔融成型获得，所述原料包括二氧化碲、磷酸二氢铵和过渡金属氧化物，所述过渡金属氧化物为三氧化钼和/或五氧化二钒。本专利技术提供的新的磷酸盐玻璃不仅具有良好的电化学性能，而且通过上述制备方法获得的改性磷酸盐玻璃具有更好的可逆容量和循环稳定性。
[0014]本专利技术的有益效果为：
[0015]本专利技术通过恒温恒湿处理大幅度提高了磷酸盐玻璃电极材料的可逆容量和循环稳定性，工艺过程简单且对环境无污染，具有良好的应用前景。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1为本专利技术实施例1和实施例4制备的磷酸盐玻璃粉末的XRD图；
[0018]图2为本专利技术实施例1和实施例4制备的磷酸盐玻璃粉末的X射线光电子能谱图；
[0019]图3为本专利技术实施例1和实施例4制备的磷酸盐玻璃粉末的作为锂离子电池负极材料的电化学循环性能图；
[0020]图4为本专利技术实施例1和实施例6制备的磷酸盐玻璃粉末的作为锂离子电池负极材料的电化学循环性能图。
具体实施方式
[0021]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0022]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0023]鉴于现有磷酸盐玻璃电极材料的容量以及循环稳定性较差，本专利技术提出了改性磷酸盐玻璃及制备方法与其在电化学器件中的应用。
[0024]本专利技术的一种典型实施方式，提供了一种改性磷酸盐玻璃的制备方法，将原磷酸盐玻璃进行恒温恒湿处理获得改性磷酸盐玻璃；所述原磷酸盐玻璃为具有电化学性能的磷酸盐玻璃，所述恒温恒湿处理为在设定温度和设定湿度下进行处理。
[0025]本专利技术利用磷酸盐玻璃的吸水特征，通过原磷酸盐玻璃恒温恒湿处理，使得水分子以不同的形式存在于玻璃中，导致磷酸盐链的解聚和二次相的沉积，大幅度提高了磷酸盐玻璃电极材料的可逆容量和循环稳定性。
[0026]本专利技术所述恒温恒湿处理中温度和湿度可以在一定范围内波动，温度波动范围可以为上下相差5℃，湿度波动范围可以为上下相差5RH％。
[0027]该实施方式的一些实施例中，恒温恒湿处理的湿度为30～85RH％。当湿度为45～85RH％时，对磷酸盐玻璃的电化学的可逆容量和循环稳定性提高更明显。
[0028]该实施方式的一些实施例中，恒温恒湿处理的温度为25～90℃。当温度为30～90℃时，对磷酸盐玻璃的电化学的可逆容量和循环稳定性提高更明显。
[0029]该实施方式的一些实施例中，恒温恒湿处理的时间为2～480h。时间优选为2～240h。
[0030]该实施方式的一些实施例中，恒温恒湿处理的气氛为空气气氛。
[0031]本专利技术的另一种实施方式，提供了一种改性磷酸盐玻璃，由上述制备方法获得。
[0032]本专利技术的第三种实施方式，提供了一种上述改性磷酸盐玻璃在电化学器件中的应用。
[0033]本专利技术所述电化学器件包括锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、超级电容器和传感器等。
[0034]本专利技术的第四种实施方式，提供了一种电极，包括活性材料、导电材料、粘结剂及集流体，粘结剂将活性材料、导电材料粘结在集流体上；所述活性材料为上述改性磷酸盐玻璃。
[0035]该实施方式的一些实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性磷酸盐玻璃的制备方法，其特征是，将原磷酸盐玻璃进行恒温恒湿处理获得改性磷酸盐玻璃；所述原磷酸盐玻璃为具有电化学性能的磷酸盐玻璃，所述恒温恒湿处理为在设定温度和设定湿度下进行处理。2.如权利要求1所述的改性磷酸盐玻璃的制备方法，其特征是，恒温恒湿处理的湿度为30～85RH％；湿度优选为45～85RH％；或，恒温恒湿处理的温度为25～90℃；温度优选为30～90℃。3.如权利要求1所述的改性磷酸盐玻璃的制备方法，其特征是，恒温恒湿处理的时间为2～480h；或，恒温恒湿处理的气氛为空气气氛。4.一种改性磷酸盐玻璃，其特征是，由权利要求1～3任一所述的制备方法获得。5.一种权利要求4所述的改性磷酸盐玻璃在电化学器件中的应用。6.一种电极，其特征是，包括活性材料、导电材料、粘结剂及集流体，粘结剂将活性材料、导电材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳飞，蒋禛菁，张加艳，齐世斌，李翔宇，单志涛，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：