一种无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种无粘接剂型V2O5/熔融盐电解质电极材料及其制备方法和应用。无粘接剂型V2O5/熔融盐电解质电极材料为微纳颗粒，该颗粒由海胆状V2O5微纳颗粒和熔融盐组成，熔融盐在海胆状V2O5微纳颗粒内部，海胆状结构紧紧束缚住高温下易流动的熔融盐。其制备方法包括以下步骤：通过加热将熔融盐溶于乙醇中，而后加入海胆状V2O5微纳颗粒，搅拌至混合均匀，得到混合液；将得到的混合液在加热条件下不断蒸发掉乙醇，使熔融盐依附在海胆状V2O5微纳颗粒内部空隙中；将得到的粘稠状样品，再在真空条件下干燥，得到无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料。该材料高温放电性能好，导电性好，结构稳定，用作热电池正极，避免添加惰性绝缘粘接剂，提高热电池高电压放电时间。提高热电池高电压放电时间。提高热电池高电压放电时间。

【技术实现步骤摘要】
一种无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种无粘接剂型V2O5/熔融盐电极制备方法及应用，属于热电池正极材料


技术介绍

[0002]热电池是一种采用常温不导电，高温高导电的熔融盐作为电解质，以热激活方式工作的不可充电电池。热电池不仅具有高的比能量、比功率，而且具有使用环境温度宽(
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50℃～70℃)、储存时间长(20年左右)且不需要维护、激活迅速可靠(<0.1s)、结构紧凑、工艺简便、造价低廉、耐高自旋强震动等特点，所以，被广泛应用于军事、地下采矿业及太空探索领域。当前，热电池正极材料高电压衰减是限制热电池发展的关键问题，其中，最主要的问题是正极材料导电性差等问题。
[0003]过渡金属氧化物V2O5不仅具有较高的比容量，较高的放电电压，而且热稳定性和空气稳定性好，被认为是热电池理想的正极材料之一。然而，其较低的导电性使得其高电压平台衰减迅速，正极活性材料利用率极低。为了提高V2O5的离子导电性，通常是在制备正极电极粉末的过程中，添加一定量的熔融盐电解质。熔融盐电解质是一种在常温下呈固态且不导电，但在高温环境下具有高流动性和高离子导电性的电解质材料。熔融盐的流动性极易破坏正极电极结构。为了解决熔融盐的流动性的问题，制备过程中会将具有高孔隙率且耐高温，与熔融盐具有很好的相容性的粘接剂(如MgO、SiO2和Al2O3)添加至正极材料中。粘接剂的添加的确能够抑制熔融盐流动，提高其正极结构稳定性。然而，对于正极活性材料V2O5来说，粘接剂不仅是一种惰性材料，而且是一种绝缘材料。粘接剂的添加虽然能够抑制熔融盐流动，但也增大了其正极的电阻。这将会缩短电池的高电压放电时间即降低电池工作寿命，严重影响其比能量和比功率。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料。在熔融盐提高V2O5离子电导率的同时避免粘结剂的加入对导电性的影响。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料，所述无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料为微纳颗粒状，该颗粒由熔融盐和海胆状V2O5微纳颗粒组成，熔融盐均匀地嵌入海胆状V2O5微纳颗粒空隙中，高温时海胆状结构紧紧束缚住易流动的熔融盐。
[0007]所述熔融盐包括但不限于LiF
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LiCl
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LiBr、LiCl
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KCl、LiF
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LiCl
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LiI、LiCl
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LiI。
[0008]优选地，所述海胆状V2O5微纳颗粒是由V2O5纳米颗粒组成的宏观上呈微米的海胆球，V2O5纳米颗粒尺寸为20
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100nm。熔融盐填充并附着在海胆状V2O5微纳颗粒内部空隙及表面，形成的单个无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料尺寸为10～15μm。此外，熔融盐电解质的添加并没有改变海胆状V2O5微纳颗粒的形貌。所以本专利技术的颗粒材料呈微纳结构。
[0009]优选地，所述无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料中，熔融盐的百分比大约10％
‑
50％。
[0010]本专利技术还提供上述无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)通过加热将纯相熔融盐溶于乙醇中；
[0012](2)向步骤(1)的溶液中缓慢加入海胆状V2O5微纳颗粒，持续加热搅拌至混合均匀，得到混合液；其中海胆状V2O5微纳颗粒与熔融盐的质量比为0.3～3.8:0.2；
[0013](3)将步骤(2)得到的混合液快速加热搅拌，至绝大部分乙醇蒸发，混合液呈粘稠状。
[0014](4)将步骤(3)得到粘稠状混合物在真空条件下，真空干燥至无乙醇溶剂。
[0015]优选地，步骤(1)中将乙醇加热至50
‑
70℃时熔融盐完全溶解；
[0016]优选地，步骤(2)中，搅拌2
‑
6小时。
[0017]优选地，步骤(3)中，将混合物至于70
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90℃水浴中加热搅拌，优选加热温度为75℃。
[0018]优选地，步骤(3)中，搅拌速率为100
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400r/min。
[0019]优选地，步骤(4)中，在120
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180℃下保温8
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12小时，优选10h。
[0020]本专利技术所述无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料在热电池正极中的应用。
[0021]本专利技术所述无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料也可以用无粘接剂型海胆状V2O5/熔融盐电极材料表示，还可以用化学式符号无粘接剂型海胆状V2O5/molten salt表示。
[0022]上述复合材料的制备方法的步骤为：
[0023](1)将一定量的熔融盐溶解到热乙醇溶液中，保持热乙醇温度为50
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70℃；
[0024](2)在搅拌的状态下，将已制备好的海胆状V2O5微纳颗粒缓慢的加入到含有熔融盐的热乙醇溶液中(海胆状V2O5微纳颗粒与熔融盐比为0.3～3.8:0.2)；
[0025](3)搅拌至均匀，将盛有混合液体的烧杯迅速移到兼有加热和磁力搅拌的设备中，不断进行热搅拌，至绝大部分乙醇完全蒸发掉，混合物呈现粘稠状；
[0026](4)对粘稠状物质进行真空鼓风干燥，干燥温度大约在120
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180℃，干燥后真空密封保存。
[0027]本专利技术提供了一种简单的溶剂法混合固态电解质于海胆状V2O5微纳颗粒的方法。所制备的无粘接剂型海胆状V2O5/molten salt既添加一定的离子导电剂，又避免了粘接剂的添加，并用作热电池正极材料，其主要优点有：
[0028](1)借助熔融盐电解质固态粉末在一定温度下，易溶解于乙醇的优良特性，使本来属于固态的电解质粉末在乙醇流动性下带入到微纳V2O5空隙中。这种方法不仅省时省力、成本低且可大批量生产。
[0029](2)制备过程中使用温度均低于200℃，而且是在乙醇溶液中进行的混合，使得电解质很难与空气中的水分接触，更加有利于保持电解质的化学稳定性。
[0030](3)所制备的无粘接剂型海胆状V2O5/熔融盐，在不使用粘接剂的条件下，仅借助海胆状V2O5自身的结构限域效应就能够对在高温条件下易流动的电解质产生抑制作用。
[0031](4)无粘接剂型海胆状V2O5/熔融盐具有比纯V2O5更好的导电性。
[0032](5)无粘接剂型海胆状V2O5/熔融盐用作热电池正极，不仅具有纳米效应优势，即提高离子导电性和正极材料反应完全程度，而且能够提高正极电极活性材料的质量比。
[0033](6)无粘接剂型海胆状V2O5/熔融盐用作热电池正极，可保持正极在高温下的结构
稳定性，防止正极因电解质流动导致结构坍塌。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料，其特征在于，所述无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料为微纳颗粒状，该颗粒由熔融盐和海胆状V2O5微纳颗粒组成，熔融盐均匀地嵌入海胆状V2O5微纳颗粒空隙中，高温时海胆状结构紧紧束缚住易流动的熔融盐。2.根据权利要求1所述的无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料，其特征在于，所述熔融盐为LiF
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LiCl
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LiBr、LiCl
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KCl、LiF
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LiCl
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LiI和LiCl
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LiI中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料，其特征在于，所述海胆状V2O5微纳颗粒是由V2O5纳米颗粒组成的宏观上呈微米的海胆球，V2O5纳米颗粒尺寸为20
‑
100nm，熔融盐填充并附着在海胆状V2O5微纳颗粒内部空隙及表面，形成的单个无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料尺寸为10～15μm。4.根据权利要求1所述的无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料，其特征在于所述无粘接剂型V2O5/熔融盐电极材料中，熔融盐的百分比大约10％
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50％。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的无粘接...

【专利技术属性】
技术研发人员：金传玉，徐彩萍，尹杰，赵利民，蒲锡鹏，李文智，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：