[发明专利]一种硒化物玻璃材料及其制备方法和应用

说明书

本发明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_x、过渡金属氧化物DO_y和网络外体氧化物AO_n；MSe_x中M选自Ti、Si、Sn、Pb、P、As、Sb、Bi、O、S、Te中一种或多种；DO_y中D选自Fe、V、Zr、Sb、Mo、Cr、Nb、Ta、Ni、Co、Cu与Mn中一种或多种；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。硒化物玻璃材料具有比容量大、电压高、首圈损失率小等优点。

技术领域

本发明属于玻璃材料技术领域，尤其涉及一种硒化物玻璃材料及其制备方法和应用。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。

本发明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；

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；