一种硒化物玻璃材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种硒化物玻璃材料及其制备方法和应用，硒化物玻璃材料包括活性物质玻璃粉末，玻璃粉末的原料包括质量比(10～50):(30～80):(10～40)的网络生成物硒化物MSe

【技术实现步骤摘要】
一种硒化物玻璃材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于玻璃材料
，尤其涉及一种硒化物玻璃材料及其制备方法和应用。

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]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钒磷玻璃用于锂离子电池正极材料，如V2O5‑
Li3PO4‑
CaC2(CN111484247A)、V2O5‑
LiBO2‑
石墨烯(CN111668468A)，该类正极材料组装的锂离子电池的比容量高、电池循环稳定性强，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。但比容量小，内阻大、电压低、首圈损失率大等问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种硒化物玻璃材料及其制备方法和应用，该玻璃材料作为锂离子电池的正极，使得电池具有比容量大、电压高、首圈损失率小的优点。
[0006]本专利技术提供了一种硒化物玻璃材料，包括活性物质玻璃粉末，所述活性物质玻璃粉末的制备原料包括质量比为(10～50):(30～80):(10～40)的网络生成物硒化物MSe
x
、过渡金属氧化物DO
y
和网络外体氧化物AO
n
；
[0007]所述x、y和n使化合价平衡；
[0008]所述MSe
x
中M选自Ti、Si、Sn、Pb、P、As、Sb、Bi、O、S、Te中的一种或多种；
[0009]所述DO
y
中D选自Fe、V、Zr、Sb、Mo、Cr、Nb、Ta、Ni、Co、Cu与Mn中的一种或多种；
[0010]所述网络外体氧化物AO
n
中A选自Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Y、In、La、Zr、Th、Be、
Mg、Zn、Al与Ga中的一种或多种。
[0011]在本专利技术中，所述网络生成物硒化物MSe
x
中x选择1、2或3；所述网络生成物硒化物MSe
x
优选自SiSe2、SnSe、P2Se5、SeO2、TeSe2中的一种或多种。
[0012]在本专利技术中，所述过渡金属氧化物DO
y
选自Fe2O3、V2O5、Nb2O5、Ta2O5、NiO、Co2O3与Mn2O7中的一种或多种。
[0013]在本专利技术中，所述网络外体氧化物AO
n
选自Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、CaO、SrO、BaO、Y2O3、In2O3、La2O、ZrO2、ThO2、BeO、MgO、ZnO、Al2O3、Ga2O3、SnO、PbO、SnO2、Te2O5、Te2O3与Sb2O3中的一种或多种。
[0014]在本专利技术中，所述硒化物玻璃材料还包括粘结剂和导电填料；
[0015]所述活性物质玻璃粉末、粘结剂和导电填料的质量比为(6～10):(2～3):(1～2)，优选为(6～8):(2～3):(1～2)；具体实施例中，所述活性物质玻璃粉末、粘结剂和导电填料的质量比为7:2:1。在本专利技术中，所述粘结剂优选为聚偏氟乙烯；所述导电填料优选为导电炭黑。
[0016]在本专利技术中，所述活性物质玻璃粉末的粒度小于等于400目。
[0017]在本专利技术中，所述硒化物玻璃材料为正极材料的活性物质；玻璃的分子排列是无规则的，其分子在空间中具有统计上的均匀性。在理想状态下，均质玻璃的物理、化学性质(如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热率、电导率等)在各方向都是相同的。玻璃态物质一般是由熔融体快速冷却而得到，从熔融态向玻璃态转变时，冷却过程中黏度急剧增大，质点来不及做有规则排列而形成晶体，没有释出结晶潜热，因此，玻璃态物质比结晶态物质含有较高的内能，其能量介于熔融态和结晶态之间，属于亚稳状态。从力学观点看，玻璃是一种不稳定的高能状态，比如存在低能量状态转化的趋势，即有析晶倾向，所以，玻璃是一种亚稳态固体材料。并且，玻璃态物质从熔融态到固体状态的过程是渐变的，其物理、化学性质的变化也是连续的和渐变的。这与熔体的结晶过程明显不同，结晶过程必然出现新相，在结晶温度点附近，许多性质会发生突变。而玻璃态物质从熔融状态到固体状态是在较宽温度范围内完成的，随着温度逐渐降低，玻璃熔体黏度逐渐增大，最后形成固态玻璃，但是过程中没有新相形成。相反玻璃加热变为熔体的过程也是渐变的。
[0018]玻璃生产的主要原料有玻璃形成体、玻璃调整物和玻璃中间体，其余为辅助原料。其中，主要原料指引入玻璃形成网络的氧化物、中间体氧化物和网络外体氧化物；辅助原料包括澄清剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、脱色剂、氧化剂和还原剂等。
[0019]在本专利技术中，所述网络生成物硒化物MSe
x
、过渡金属氧化物DO
y
和网络外体氧化物AO
n
的质量比为(10～50):(30～80):(10～40)，优选为(15～40)：(40～70)：(10～20)；具体实施例中，所述网络生成物硒化物MSe
x
、过渡金属氧化物DO
y
和网络外体氧化物AO
n
的质量比为20：60：20，或15：65：20，或20：65：15，或25：60：15，或40：50：10。
[0020]本专利技术提供了一种上述技术方案所述硒化物玻璃材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]将网络生成物硒化物MSe
x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硒化物玻璃材料，包括活性物质玻璃粉末，所述活性物质玻璃粉末包括质量比为(10～50):(30～80):(10～40)的网络生成物硒化物MSe
x
、过渡金属氧化物DO
y
和网络外体氧化物AO
n
；所述x、y和n使化合价平衡；所述MSe
x
中M选自Ti、Si、Sn、Pb、P、As、Sb、Bi、O、S、Te中的一种或多种；所述DO
y
中D选自Fe、V、Zr、Sb、Mo、Cr、Nb、Ta、Ni、Co、Cu与Mn中的一种或多种；所述网络外体氧化物AO
n
中A选自Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Y、In、La、Zr、Th、Be、Mg、Zn、Al与Ga中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的硒化物玻璃材料，其特征在于，所述网络生成物硒化物MSe
x
选自SiSe2、SnSe、P2Se5、SeO2、TeSe2中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的硒化物玻璃材料，其特征在于，所述过渡金属氧化物DO
y
选自Fe2O3、V2O5、Nb2O5、Ta2O5、NiO、Co2O3与Mn2O7中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的硒化物玻璃材料，其特征在于，所述网络外体氧化物AO
n
选自Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、CaO、SrO、B...

【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：