一种超晶格增效的玻璃基电池正极材料及其制备方法技术

技术编号：40080472 阅读：10 留言：0更新日期：2024-01-17 02:36

本发明专利技术公开一种超晶格增效的玻璃基电池正极材料及其制备方法。所述正极材料的摩尔百分组成为xLi<subgt;2</subgt;O‑(100‑2x)V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;‑xP<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;，x的取值在5~45%之间。所述正极材料的制备方法包括如下步骤：（1）按照所述正极材料的摩尔组成准备原料Li<subgt;2</subgt;O、V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;和P<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;。然后将各原料混合后进行熔融处理，完成后将得到的熔液进行淬火，得玻璃体。（2）将所述玻璃体在空气气氛和280~300℃的温度条件下进行热处理，完成后冷却至室温，即得所述正极材料。本发明专利技术的上述正极材料无需在保护气氛下即可制备，而且利用超晶格结构使该正极材料电子/离子导电率获得了大幅提升，显著提升了可逆容量及倍率性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池正极材料制备，尤其涉及一种超晶格增效的玻璃基电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

1、正极材料是决定锂离子电池整体电化学性能最关键的组件。当前，商业化的锂离子电池饱受诟病的能量密度不理想的问题根源之一就是正极材料理论比容量低。v2o5是一种非常具有应用潜力的锂离子电池正极材料，其理论比容量高达440 mah·g-1，是目前商业化磷酸铁锂正极材料理论比容量的2.5倍。然而，晶态的v2o5作为正极材料在充放电过程中会发生不可逆晶型转变，从而导致容量严重衰减。玻璃是一类不含晶相的材料，因此，玻璃化成为解决v2o5正极材料不可逆相变反应的最佳策略。

2、制备用于锂离子电池的钒基玻璃正极材料已经引起了科学家们的关注。例如，公开号cn 114044631 a的专利文献选用系列含锂、含钒物料，在强还原剂和惰性气氛下，制备了具备高电子导电率（3×10-5~5×10-4s/cm）的含锂钒酸盐玻璃。将这种玻璃用作锂离子电池正极材料，表现出296~342 mah·g-1的可逆容量及95.8~98%的库伦效率。公开号cn111668468 a的专利文献在保护气氛下制备了五氧化二钒-硼酸锂-石墨烯玻璃正极材料用于锂离子电池。电化学测试表明，这种正极材料能获得的首轮放电容量为403~424 mah·g-1，循环一百圈后的剩余放电容量为389~394 mah·g-1。

3、尽管上述技术制备的钒基玻璃锂电池正极材料在放电容量和循环性能方面具有良好的表现，但需要在保护气氛中进行制备的条件会给工业生产带来额外的困难和挑战。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术公开一种超晶格增效的玻璃基电池正极材料及其制备方法，该正极材料无需在保护气氛下即可制备，而且利用超晶格结构使该正极材料电子/离子导电率获得了大幅提升，显著提升了可逆容量。为实现上述专利技术目的，本专利技术公开了以下技术方案。

2、首先，本专利技术公开一种超晶格增效的玻璃基电池正极材料，该正极材料的摩尔百分组成为xli2o-(100-2x)v2o5-xp2o5，其中：所述x的取值范围在5~45%之间。

3、其次，本专利技术公开所述超晶格增效的玻璃基电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、（1）按照所述正极材料的摩尔组成准备原料li2o、v2o5和p2o5。然后将各原料混合后在900℃下进行熔融处理，完成后将得到的熔液进行淬火，得玻璃体。

5、（2）将所述玻璃体在空气气氛中进行热处理，完成后冷却至室温，即得所述正极材料。

6、进一步地，步骤（1）中，将所述原料混合后先进行研磨，以使各原料充分混合。

7、进一步地，步骤（1）中，所述淬火的方法为将所述熔液倒入水中即可。

8、进一步地，步骤（2）中，所述热处理温度为280~300℃，保温时间为0~4小时。

9、与现有技术相比，本专利技术具有如下方面的有益技术效果：本专利技术的工艺通过精准控制热处理温度和时长的方式，在li2o-v2o5-p2o5玻璃基质中生长出超晶格结构。这种独特的结构会给上述玻璃基正极材料带来两方面的收益。1、提升电子导电率：超晶格结构中的电子会在外加电压的作用下发生共振遂穿效应，降低电子传输势垒，从而提升该复合正极材料的电子导电性。2、改善离子传导率：超晶格是层状晶体材料按照一定的规律排列而成的具有较大结构单元重复周期的人造超结构。较大的结构周期性为锂离子的传输提供了额外且宽阔的传输通道，因此，该复合正极材料中的离子传导率得以提升。在离子和电子电导率共同提升的作用下，复合正极材料的可逆容量及倍率性能得以显著提升。此外，本专利技术设计的复合正极材料还具备生产过程无需保护气氛，充放电过程中无不可逆相变的技术优势，是具备工业化生产条件且能解决正极材料高可逆容量迫切需求的有效方案。

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【技术保护点】

1.一种超晶格增效的玻璃基电池正极材料，其特征在于，该正极材料的摩尔百分组成为xLi2O-(100-2x)V2O5-xP2O5，其中：所述x的取值范围在5~45%之间。

2.一种超晶格增效的玻璃基电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的超晶格增效的玻璃基电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述熔融温度为900℃。

4.根据权利要求2所述的超晶格增效的玻璃基电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述淬火的方法为将熔液倒入水中即可。

5.根据权利要求2所述的超晶格增效的玻璃基电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述热处理温度为280~300℃。

6.根据权利要求2-5任一项所述的超晶格增效的玻璃基电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述热处理时间为0~4小时。

【技术特征摘要】

1.一种超晶格增效的玻璃基电池正极材料，其特征在于，该正极材料的摩尔百分组成为xli2o-(100-2x)v2o5-xp2o5，其中：所述x的取值范围在5~45%之间。

2.一种超晶格增效的玻璃基电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的超晶格增效的玻璃基电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述熔融温度为900℃。

4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓莹，王舒成，王朝阳，张宪玺，
申请(专利权)人：山东省莘县华阳实业有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人