一种活性物质玻璃粉末的制备方法、钒钼玻璃材料及其应用技术

本发明专利技术提供一种活性物质玻璃粉末的制备方法、钒钼玻璃材料及其应用，方法包括：将含钒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，冷却成型后，经退火及热处理析晶，研磨，得到活性物质玻璃粉末；含钒物料选自V、V2O5、V2O4、V2O3、V6O

【技术实现步骤摘要】
一种活性物质玻璃粉末的制备方法、钒钼玻璃材料及其应用


[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、钒钼玻璃材料及其应用。

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]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。
[0005]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D50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。
[0006]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。
[0007]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

[0008]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、钒钼玻璃材料及其应用，该方法制备的粉末作为锂离子电池的正极材料具有较高的首次放电容量。
[0009]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：
[0010]将含钒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，冷却成型后，经退火及热处理析晶，研磨，得到活性物质玻璃粉末；
[0011]所述含钒物料选自V、V2O5、V2O4、V2O3、V6O
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、VC、NH4VO3、VN和S3V2中的一种或多种；
[0012]所述强还原剂选自MoB、Mo2B、MoP、MoSi2、MoB2、MoTe2和MoSe2中一种或多种。
[0013]在本专利技术中，钒(Vanadium)是一种金属元素，元素符号为V，银灰色金属，在元素周期表中属VB族，原子序数23，原子量50.9414，体心立方晶体，常见化合价为+5、+4、+3、+2。钒的熔点很高，为难熔金属，有延展性，质坚硬，无磁性。钒具有耐盐酸和硫酸的本领，并且在耐气、耐盐、耐水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。
[0014]在本专利技术中，钼位于周期表第5周期、第VIB族，为一过渡金属元素，钼原子序数42，原子量95.95，原子中电子排布为：1s22s22p63s23p64s23d
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4p64d55s1。钼的热膨胀系数很低，钼的热传导率较高，钼电阻率较低。钼在空气中加热，颜色开始由白(色)转暗灰色；温升至520℃，钼开始被缓慢氧化，生成Mo2O3；温升至600℃以上，钼迅速被氧化成MoO3。钼在水蒸气中加热至700～800℃便开始生成MoO2，将它进一步加热，二氧化钼被继续氧化成三氧化钼。
[0015]在本专利技术中，所述含钒物料和强还原剂的质量比为(30～80)：(20～70)。具体实施例中，所述含钒物料为V2O5、VN和NH4VO3中的一种或多种；所述强还原剂选自MoB、MoP、MoSi2、MoTe2和MoSe2中一种或多种。所述含钒物料和强还原剂的质量比为40:60；或30:70；或45:55；或50:50。
[0016]在本专利技术中，所述惰性气氛选自N2气或Ar气。
[0017]在本专利技术中，退火的温度为200～300℃，退火的时间为10～100min；
[0018]在本专利技术中，热处理的温度为250～450℃，热处理的时间为100～2000min。
[0019]本专利技术优选以5～15℃/min的速率升温至500～800℃；本专利技术优选以5～15℃/min的速率升温至1000～2000℃。
[0020]保温结束后，冷却成型；本专利技术优选在液态锡表面冷却成型；玻璃液在锡液面本文档来自技高网...

【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，冷却成型后，经退火及热处理析晶，研磨，得到活性物质玻璃粉末；所述含钒物料选自V、V2O5、V2O4、V2O3、V6O
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、VC、NH4VO3、VN和S3V2中的一种或多种；所述强还原剂选自MoB、Mo2B、MoP、MoSi2、MoB2、MoTe2和MoSe2中一种或多种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含钒物料和强还原剂的质量比为(30～80)：(20～70)。3.根据权利要求1所述的制备方...

【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：