[發明專利]一種高離子電導率的摻氯鉬磷酸鹽玻璃及其制備方法

有效

• 申請號: 201910586447.4
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110451781B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 張宗輝;任進軍;胡麗麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C03B19/02
• 分類號: C03B19/02;C03C3/23;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種具有高離子電導率且透明的摻氯鉬磷酸鹽玻璃及其制備方法，摻氯鉬磷酸鹽玻璃的摩爾組分為：14.81～19.05mol％的LiCl，29.63～38.10mol％的Li₂O，9.52～51.85mol％的MoO₃和3.70～33.33mol％的P₂O₅。本發明采用鉑金坩堝，在高溫爐中將原料藥品熔化并澆鑄在鑄鐵模具上，制備得到摻氯鉬磷酸鹽玻璃。通過調整MoO₃的含量，使得該系列的摻氯鉬磷酸鹽玻璃電解質在常溫下的離子電導率提高了250倍左右，達到了10^?5S/cm水平，且化學穩定性得到明顯改善。本發明具有良好的可見光透過性和高離子電導率，可以很容易地拉制成光纖。在全固態鋰電池、光遺傳學和電生理學中有極大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種可用于全固態鋰離子電池和導電光纖的磷酸鹽玻璃，具體是一種具有高離子電導率且可見光透明的摻氯鉬磷酸鹽玻璃及其制備方法。

背景技術

當前，磷酸鹽玻璃由于具有靈活的組分配比和良好的成玻性能等被廣泛用于各個領域，如快離子導體玻璃、高能激光玻璃和生物玻璃等。通過向磷酸鹽玻璃中引入不同的修飾體陽離子可以極大地調控磷酸鹽玻璃的離子電導率、化學穩定性和機械性能等。尤其是近些年來隨著純電動汽車和可穿戴電子設備的發展，傳統液體電解質的鋰離子電池遠不能滿足高電量密度、大電流和安全可靠的苛刻需求，新型全固態鋰電池成為下一個電池技術的突破口。而快離子導體玻璃具有較高的常溫離子電導率，是全固態鋰電池中固體電解質的理想材料。同時，具有高離子電導率的磷酸鹽玻璃還在可見光區有良好的透光性，因此可以被用于光遺傳學中基因的激活與同步探測，以及電生理學等應用領域。

通常，在磷酸鹽玻璃中摻入鹵化物有利于提高玻璃的離子電導率，但同時也會降低磷酸鹽玻璃的化學穩定性。而引入過渡金屬元素可以提高磷酸鹽玻璃的化學穩定性。過渡金屬元素通常具有更大的離子半徑，可以擴展磷酸鹽玻璃網絡，使得Li⁺離子輸運通道加大，降低Li⁺離子活化能，從而可以提高離子電導率。本發明提供了一種摻氯的鉬磷酸鹽玻璃及其制備方法。

在已知專利案CN109906374A中，水野史教等人提出使用多種硫化物玻璃作為固態電池的電解質材料，這是由于硫化物玻璃相對于氧化物玻璃具有更高的離子電導率。然而，硫化物玻璃具有較差的化學穩定性，容易在空氣中氧化或吸水變性，同時硫化物具有一定的生物毒性。因此，氧化物玻璃更加適合廣泛的應用。通常具有高離子電導率的氧化物玻璃較少，而同時具有高離子電導率、良好的化學穩定性且透明的氧化物玻璃更加難以制備，目前未見相關專利案有類似報道。

本發明包含一種高離子電導率且透明的摻氯鉬磷酸鹽玻璃及其制備方法。通過采用MoO₃取代玻璃中部分P₂O₅，來提高該磷酸鹽玻璃的化學穩定性，同時增大玻璃網絡結構，擴大Li⁺離子輸運通道，從而降低離子活化能，提升離子電導率，使得該摻氯磷酸鹽玻璃能被用于高性能全固態鋰離子電池中。與此同時，本發明中的摻氯鉬磷酸鹽玻璃在可見光區還具有良好的透光性，被拉制成光纖后，同時具備優良的導光性和導電性，極大地擴展了其在光遺傳學和電生理學方面的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高離子電導率且透明的摻氯鉬磷酸鹽玻璃及其制備方法，該摻氯鉬磷酸鹽玻璃具有高離子電導率、良好的化學穩定性和可見光透明等優點，并提供其相應的制備方法。

本發明技術方案為：

一種具有高離子電導率且透明的摻氯鉬磷酸鹽玻璃的成分特征描述如下：

本發明還提供上述摻氯鉬磷酸鹽玻璃的制備方法，包括以下步驟：