一种活性物质玻璃粉末的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种活性物质玻璃粉末的制备方法及其应用，方法包括以下步骤：将含钒物料、含锂物料和强还原剂混合，在惰性气氛中，升温至500～800℃，保温100～300min，再继续升温至1000～2000℃，保温10～30min，冷却成型，退火及热处理析晶，研磨，得到活性物质玻璃粉末。本发明专利技术通过采用上述种类的物料在上述工艺条件下制得活性物质玻璃粉末，具有较高的电导率，使其组装的锂离子电池的库伦效率高、比容量大且首圈损失率小。该方法简单，成本低，易于实施，有利于产业化推广应用。有利于产业化推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种活性物质玻璃粉末的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于玻璃材料
，尤其涉及一种活性物质玻璃粉末的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一。锂离子电池具有以下特点：高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多。因其上述特点，锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。
[0003]锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。其中，锂离子电池正极材料主要是钴、锰、镍等及其复合氧化物。商业应用已经证明这些材料具有高的电位及稳定性，但其比容量较低(205mAh/g)。如，作为最早商用的正极材料，钴酸锂(LiCoO2)的理论比容量为273mAh/g，但是实际比容量只有约140mAh/g，同时还存在价格高、毒性大的缺陷；虽然镍酸锂(LiNiO2)的比容量可达到150mAh/g，略高于LiCoO2，但在LiNiO2的合成过程中，容易发生锂的缺失，合成满足标准化学组分的LiNiO2较困难；与LiCoO2相比，锰酸锂(LiMnO4)价格低廉，但理论比容量较低(148mAh/g)，且循环性能较差；磷酸铁锂(LiFeO4)的理论比容量可达到170mAh/g，但导电性较差，能量密度低。而负极石墨理论比容量372mAh/g，实际比容量达360mAh/g。由此可见，正极材料限制锂离子电池比容量。这些因素制约着锂离子电池性能的提升，迫切需要研究和开发出新型的高性能正极材料以满足储能设备的应用。高能量密度阴极材料的搜索空间扩大到阳离子无序的锂过渡金属氧化物。
[0004]公开号为CN105742616A的中国专利将Li
1+a
Ni
b
Ti
c
Nb
d
O2放入到NaOH溶液中，再加入Bi(NO3)3和Ca(NO3)2，在50℃～80℃的温度下不断搅拌，最后过滤，将固相物质在400～700℃温度下加热5～15h，得到CaO/Bi2O3/Li
1+a
Ni
b
Ti
c
Nb
d
O2。制备的正极材料经过XRD测试，表明具有无序岩盐结构；电化学性能测试显示，该材料在1.5～4.5V之间充放电，首次放电容量高达262mAhg
‑1，并且具有良好的倍率性能和循环性能，1C放电容量达到205mAhg
‑1，1C循环50次后容量保持率为94.5％。
[0005]在锂离子电池中，过渡族金属化合物材料反常的超出理论极限的额外容量现象引发了人们的广泛关注。无定形材料无晶界没有固定的结构，锂离子可以存储在各个位置，例如阳离子和阴离子的空位，空隙，簇隙或间隙位置。由于缺乏不可逆的转变和锂的俘获，以及锂离子可容易进入的大量空位。固溶体能有效解决溶解度大问题；固溶体根据其微观结构和性能来灵活调整其成分；玻璃在热处理时可以部分结晶。
[0006]公开号CN111668468A提供一种V2O5‑
LiBO2‑
石墨烯玻璃正极材料及其制备方法和应用，将V2O5和LiBO2混匀，升温，保温，淬火；再次保温，冷却后球磨，得到粒径D
50
小于10μm的粉体；将粉体和腐蚀剂混合，造孔，再和片状石墨烯分散液超声混合，得到前驱体；Ar氛围下，将前驱体退火，保温，得到玻璃正极材料。该方法通过将片状石墨烯引入到V2O5‑
LiBO2中，作为强导电剂,采用腐蚀剂进行腐蚀造孔，再经过热处理和超声，使得片状石墨烯组装
镶嵌填充在V2O5‑
LiBO2玻璃微粒中。
[0007]公开号CN111484247B提供了一种玻璃正极材料及其制备方法和应用，玻璃正极材料包括质量比为6～10:1的玻璃粉末和粘结剂；所述玻璃粉末包括质量比为10～20:0.5～5:0.1～4的V2O5、Li3PO4和CaC2。本专利技术采用CaC2作为强还原剂和导电剂，Li3PO4引入锂源和磷源，使得玻璃正极材料具有较好的导电性。另外，组装的锂离子电池的可逆比容量高、电池循环稳定性强。实验结果表明:正极V
4+
/V为58～62％；电池首次放电容量为285～292mAh/g(0.1C)；0.1C下100次循环后放电容量为274～281mAh/g(0.1C)；循环效率为95％以上。
[0008]半导体氧化物玻璃被认为是一种具有极大潜在应用前景的锂离子电池电极材料。现有专利已经公开复合V2O5玻璃用于锂离子电池正极材料活性物质，如V2O5‑
Li3PO4‑
CaC2(CN111484247B)、五氧化二钒
‑
硼酸锂
‑
石墨烯(CN111668468A)，该类正极材料组装的锂离子电池的能提高电子及离子传输速率且抑制了充放电过程的体积膨胀，但存在电导率低、电池库伦效率低、比容量小且首圈损失率大等问题。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种活性物质玻璃粉末的制备方法及其应用，该方法制备的粉末制备的锂离子电池具有较高的库伦效率。
[0010]本专利技术提供了一种活性物质玻璃粉末的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将含钒物料、含锂物料和强还原剂混合，在惰性气氛中，升温至500～800℃，保温100～300min，再继续升温至1000～2000℃，保温10～30min，冷却成型，退火及热处理析晶，研磨，得到活性物质玻璃粉末；
[0012]所述含钒物料选自V、V2O4、V2O3、V6O
13
、VC、NH4VO3、VN和S3V2中的一种或多种；
[0013]所述含锂物料选自LiNO3、Li2CO3、Li2SiO3、Li2SO4、Li2TiO3、Li2WO4、Li2MoO4、LiNbO3、LiAlO2、Li2ZrO3、LiBH4、LiPO3、Li2B4O7、Li4SiO4、Li2Mg2Si3O9和LiMn2O4中的一种或多种。
[0014]在本专利技术中，所述强还原剂选自CB4、VC、TiC、CMo2、TaC、NbC、C3Al4、CMn3、Si和MoSi2中一种或多种。具体实施例中，所述强还原剂选自CB4、TiC、NbC、Si和MoSi2中一种或多种。
[0015]在本专利技术中，所述含钒物料、含锂物料和强还原剂的质量比为(50～80)：(20～40)：(2～30)。具体实施例中，所述含钒物料、含锂物料和强还原剂的质量比为54:40:10；或60:35:5；或70:25:5；或10:20:10；或60:25:15。
[0016]在本专利技术具体实施例中，所述含钒物料选自V6O
13
、VC、NH4VO3、VN和S3V2中的一种或多种；所述含锂物料选自Li2SiO3、Li2TiO3、LiAlO2、LiMn2O4和Li2Mg2Si3O9中的一种或多种；所述强还原剂选自CB4、TiC、NbC和M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活性物质玻璃粉末的制备方法，包括以下步骤：将含钒物料、含锂物料和强还原剂混合，在惰性气氛中，升温至500～800℃，保温100～300min，再继续升温至1000～2000℃，保温10～30min，冷却成型，退火及热处理析晶，研磨，得到活性物质玻璃粉末；所述含钒物料选自V、V2O4、V2O3、V6O
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、VC、NH4VO3、VN和S3V2中的一种或多种；所述含锂物料选自LiNO3、Li2CO3、Li2SiO3、Li2SO4、Li2TiO3、Li2WO4、Li2MoO4、LiNbO3、AlLiO2、Li2ZrO3、LiBH4、LiPO3、Li2B4O7、Li4SiO4、Li2Mg2O9Si3和LiMn2O4中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述强还原剂选自CB4、VC、TiC、CMo2、TaC、NbC、C3Al4、CMn3、Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长久，孔凡厚，王丹，陈泽霖，于晓龙，饶寅朝，张瑞翔，梁雪，易兰林，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：