NASICON结构钠离子固体电解质及固态钠电池应用研究进展

发布时间：2024-05-25 01:45

　　钠离子电池由于原料成本低廉、来源广泛,被视作锂离子电池最具竞争力的替代体系之一。然而,传统钠离子电池中使用易燃的有机电解液存在漏液、燃烧乃至爆炸的安全隐患。NASICON结构固体电解质材料具有安全性能高、稳定性良好、成本低廉、环境友好等优点,可代替有机电解液与隔膜从而实现固态钠电池,是能源存储领域的研究热点。然而其电导率仍需进一步提升、与电极间界面阻抗大的问题,限制了其进一步应用。针对目前NASICON结构固体电解质存在的问题,本文首先介绍了其晶体结构和钠离子传输机理,分析了影响晶粒电导率和晶界电导率的主要因素,分别总结了提高晶粒电导率和晶界电导率的改性方法,指出合适离子取代、提高物相纯度和致密度是电导率提高的有效途径。此外,本文阐述了NASICON结构固体电解质材料在固态钠电池应用中存在的界面问题,总结分析了现有界面改性的策略,指出对新型修饰材料和复合材料的探索有望进一步改善固体电解质与电极的界面特性。最后,对NASICON结构固体电解质材料的研究进行了展望。

【文章页数】：16 页

【部分图文】：

图1NASICON晶体结构[23]Fig.1ThecrystallinestructureofNASICON[23]

离子的传输机制为多个离子共同参与的协同传输。在这些高电导率固体电解质中，由于结构中存在较高的钠/锂离子浓度，会在全部低能量位点被占据后额外占据部分高能量位点。在协同传输中，位于传输通道中不同能量位点上的多个相邻离子同时跳跃进入其最近的位点，形成离子传输。当位于高能量位点的离子跳跃....

图7金属钠负极和NASICON固体电解质之间物理接触的图解：(a)金属钠负极和NASICON固体电解质之间差的接触会导致不均匀的沉积和电池短路；(b)金属钠-SiO复合

绲悸矢摺⒌缱拥绲悸实停?梢员Ｖ?钠离子在电池中的传输并避免电子传输，其力学性能和化学稳定性良好，可阻断多硫化物的传输，避免副反应的发生，因此适用于室温钠硫电池[106]。NASICON结构固体电解质既可取代传统隔膜应用图6固体电解质片与金属钠在钠沉积过程中接触模型：(a)润湿性差....

图4复合电解质全固态钠电池结构[97]Fig.4Thestructureofall-solid-statesodiumbatterywithcompositeelectrolyte[97]-

善与电极的界面接触。Niu等[97]在Na3Zr2Si2PO12颗粒与PEO复合的基础上，额外复合少量聚乙二醇(PEG，polyethyleneglycol)改善成膜性并提供额外钠离子传输通道，最终制得(10PEO-85Na3Zr2Si2PO12-5PEG)-40NaClO4复合....

图5(a)全固态电池制备步骤；(b)Na3V2(PO4)3正极(暗)在Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12(亮)片中渗透截面的扫描电镜图片[102]Fig.5(a)manufacturingstepsforall-solid-statebattery;

郑?ü?蚪鹗裟浦?添加非晶SiO2颗粒，减小金属钠的表面张力，可有效改善金属钠和固体电解质的界面接触，有利于钠的均匀沉积，原理如图7所示。扫描电镜和能谱分析结果显示金属钠-SiO2复合电极与Na3.2Zr1.9Mg0.1Si2PO12电解质接触紧密，而普通金属钠负极与电解质间间隙....

本文编号：3981523