[發明專利]一種鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810959002.1
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109133921B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 張防;趙焱樟;張校剛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/495;C04B35/48
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張南南

本發明公開了一種鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料，其化學結構通式為Na_1/3La_5/9?xZr_1?3xNb_3xO₃，0.01≤x≤0.10。本發明還公開了所述鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料的制備方法，包括以下步驟：(1)按各元素摩爾比將鈉源、鑭源、鋯源、鈮源加入分散劑中進行球磨，球磨得到的混合漿料抽濾烘干后進行第一次煅燒；(2)將步驟(1)煅燒得到的粉末加入分散劑中再次進行球磨，球磨得到的混合漿料抽濾烘干后壓制成片，然后進行第二次煅燒，即得。本發明的鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料解決了傳統液態有機電解液的漏液、易燃等問題；本發明采用傳統固相法合成，工藝簡潔，有望大規模制備。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池，具體涉及一種鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料及其制備方法。

背景技術

鋰金屬日益增長的價格限制了鋰離子電池進一步的大規模廣泛應用。使用金屬鈉作為原料的鈉離子電池具有和鋰離子電池相近的能量密度，相似的工作原理，被視為替代鋰離子電池的最佳候選，而且相對于鋰資源的匱乏，鈉資源分布廣泛，儲量豐富且價格低廉，因此鈉離子電池更加適合電動汽車與儲能電站等大規模應用。但是目前鈉離子電池廣泛使用的液態有機電解液存在易泄露、易燃、熱穩定性差等問題，無法滿足大規模應用對安全性和穩定性的要求。固態鈉離子電解質具有優秀的力學性能、熱穩定性，能徹底解決液態有機電解液帶來的泄露、易燃等安全隱患，采用固態鈉離子電解質的全固態鈉離子電池能夠滿足大規模應用對安全性與穩定性的要求。此外，固態鈉離子電解質可以直接用作電池隔膜，進一步增加電池的體積能量密度，同時簡化電池制造流程，降低成本。

目前廣泛研究的固態鈉離子電解質主要有三大類。Na-β-Al₂O₃，在高溫下離子電導率較高，主要應用在高溫Na-S電池中，然而室溫離子電導率很低，難以滿足低溫下的使用需求；NASICON結構固態電解質，室溫下具有較高離子電導率，但是在電池循環過程中，容易在晶界處形成鈉枝晶，穿透電解質，導致正負極直接接觸，造成電池短路，而且材料在高溫燒結過程中容易產生雜相，導致整體電導率的降低；硫系物固態電解質擁有最高的室溫離子電導率，但是材料本身對水分與空氣非常敏感，對生產和使用環境的要求很苛刻，這就造成了生產成本的增加，難以商業化大規模生產。

鈣鈦礦結構的鋰離子固態電解質材料Li_3xLa_2/3-xTiO₃(LLTO)擁有較高的室溫離子電導率，其晶粒電導率可達10^-4S cm^-1，受到科研人員的廣泛關注。但是材料中的Ti⁴⁺容易被還原為Ti³⁺，產生電子電導，增加電池短路的危險。

發明內容

發明目的：為了解決現有的鈉離子固態電解質材料電導率低、化學穩定性差的問題，本發明第一方面提供了一種鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料，第二方面提供了所述鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料的制備方法。

技術方案：本發明第一方面提供一種鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料，其化學結構通式為Na_1/3La_5/9-xZr_1-3xNb_3xO₃，0.01≤x≤0.10。優選x＝0.08，其中5/9-x具體為

其中，室溫下所述鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料的電導率大于或等于10^-7Scm^-1。

本發明第二方面提供所述鈣鈦礦型固態鈉離子電解質材料的制備方法，采用傳統固相法，包括以下步驟：