[发明专利]一种NASICON型镁离子固体电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁离子固体电解质制造领域，具体涉及一种NASICON型镁离子固体电 解质及其制备方法。

背景技术

随着我国新能源发电规模的快速扩大，风力发电、水利发电、光伏发电、短时调节 电力、削峰填谷、纯电动汽车接入将会形成超过2000亿元的工业储能市场。此时，电网与新 能源发展的矛盾就越来越突出，对储能的需求也更为迫切。大规模的储能系统己经成为未 来智能电网的重要组成部分，开发高效储能技术对于提高发电系统的利用效率、电力质量 和促进可再生能源广泛应用具有重大社会与经济效益。目前的储能技术中最具工业化推广 前景的技术之一是电化学储能技术，而锂离子电池就目前使用最多的电化学储能器件，但 是锂离子电池存在着易燃、易爆、易腐蚀等缺点，过充，过热，短路都可能会引起火灾和爆 炸。因此，寻找一种高安全、低成本的新型电池来满足日益膨胀的市场需求就显得尤为迫 切。

镁电池就是现有的锂离子电池的一种潜在的替代者。在元素周期表中，锂和镁是 对角元素，具有相似的物理化学性质，并且镁是一种价格低廉，储藏丰富，质量轻的元素，环 保且相对容易处理；在电化学性能方面，镁具有较高的理论充电容量(2205Ah·kg^-1)和理 论能量密度(3.8Ah·cm^-3)，因此，使得镁在电池应用中成为了一种可能。但是当前开发镁 电池存在的一个主要技术难点就是没有找到合适的电解液，而NASICON型的化合物是一种 应用于未来全固态镁离子电池的潜在的理想选择，这是因为NASICON结构就有足够大的间 隙来填充其他离子，以及基于其3D网络骨架的高结构稳定性，并且是一种利于镁离子传输 的结构，因此具有NASICON结构的镁离子电池固体电解质有应用于全固态镁离子电池的可 能，因此开发一种合适的镁离子电解质应用于全固态镁离子电池将会非常有意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有背景技术而提供的一种Al³⁺掺杂的 NASICON型镁离子固体电解质Mg_0.5+0.5xAl_xZr_2-x(PO₄)₃，NASICON骨架结构中存在A_I和A_II两种 镁离子间隙位置，对于Mg_0.5+0.5xAl_xZr_2-x(PO₄)₃，通过Al³⁺掺杂，镁离子浓度增加，载流子浓度 的增加提高了镁离子同时占有A_I和A_II位置的几率，降低了镁离子在跃迁过程中需要的能 量，使得该固体电解质的常温离子电导率超过10^-5S/cm，使其能够应用于全固态电池。

本发明通过如下的技术方案达到，该技术方案提供一种镁离子电导率超过10^-5S/ cm的镁离子固体电解质，其化学计量式为Mg_0.5+0.5xAl_xZr_2-x(PO₄)₃，其中:x＝0.1-0.3。在该技 术方案中，将C₄H₆O₄Mg·4H₂O：Zr(NO₃)₄·5H₂O：(NH₄)₂HPO₄：Al(NO₃)₃·9H₂O为0.55-0.65: 1.7-1.9:3:0.1-0.3(摩尔比)的比例精确称量，置入烧杯加入适量去离子水混合均匀，在 60-100℃温度下连续恒温搅拌1h-10h使之生成共沉淀物。反应得到的沉淀物在鼓风干燥箱 中60-90℃烘干，随后在400℃的空气气氛中煅烧4h，得到前驱体，将前驱体放入球磨罐中， 以异丙醇为溶剂、氧化锆球磨子为球磨介质，在300-500r/min速率下，正反向交替进行球磨 6h，时间间隔为1h，烘干得到颗粒大小均匀的粉料。在50-100MPa压力下将粉料压成直径为 10mm，厚度为2mm的薄片。采用无压烧结方法在650-850℃下煅烧5h-10h得到电解质片。