[发明专利]NASICON结构钠离子固体电解质/卤化钠复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明实施例涉及一种NASICON结构钠离子固体电解质/卤化钠复合材料及其制备方法和应用，NASICON结构钠离子固体电解质/卤化钠复合材料，的通式为:xNaX/Na₃Zr₂Si₂PO₁₂；其中，0＜x≤1；X为F、Cl、Br、I中的一种或几种。该材料能够采用固相反应法和溶胶‑凝胶法合成，通过将NASICON材料Na₃Zr₂Si₂PO₁₂与卤化钠材料复合，有效提高了材料的离子电导率。该制备方法简单易行、成本低廉、可适用于大规模制造。本发明提供复合材料离子电导性能优异，可应用于钠基固态电池的关键器件——固体电解质。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种NASICON结构钠离子固体电解质/卤化钠复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着世界经济快速发展以及科技的进步，电池在人们日常生活中的角色越来越重要。传统的锂离子电池目前广泛应用于小型电子设备，但是其液态有机电解液体系易燃，存在安全隐患，制约了其进一步在大规模储能领域以及动力电池领域的应用。同时，金属锂属于稀缺资源，地壳丰度仅为0.0065％，且区域分布不均，难以支持大范围的应用。

固态电池被认为是最有前景的下一代电池体系。固体电池以固体电解质取代传统锂离子电池中的隔膜电解液体系，解决了锂离子电池的安全隐患(Nature，2008，451(7179)：652-657，Nature，2001，414(6861)：359-367)。同时，固态电池可以使用碱金属负极，大大提高电池体系的能量密度，极大扩展了其应用领域。钠元素地壳丰度2.64％，储量丰富且分布广泛，适合应用于大规模低成本的储能体系。钠基固态电池同时具备高安全和低成本两方面优势，具有很大的研究价值。但是钠基固态电池的的关键器件——钠基固态电解质的研究较少，选择范围有限。

发展钠基固态电池，寻找高电导率的钠离子导体材料是关键。钠超离子导体(NaSuper Ion Conductors，NASICON)结构的Na_1+xZr₂Si_xP_3-xO₁₂(0≤x≤3)由于其优异的离子导电特性、稳定的化学性质、较宽的电化学窗口受到研究学者的广泛关注。当x＝2时，Na₃Zr₂Si₂PO₁₂具有最高的离子电导率(Mater.Res.Bull.,1976,11:203-220)，室温下可达10^-4S/cm。然而，其离子导电率还远远低于液态电解质，还需进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种NASICON结构钠离子固体电解质/卤化钠复合材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种NASICON结构钠离子固体电解质/卤化钠复合材料，通式为:xNaX/Na₃Zr₂Si₂PO₁₂；

其中，0＜x≤1；X为F、Cl、Br、I中的一种或几种。

优选的，所述NASICON结构钠离子导体Na₃Zr₂Si₂PO₁₂与卤化钠NaX的复合而成，其中卤化钠可为氟化钠NaF、氯化钠NaCl、溴化钠NaBr或碘化钠NaI中的一种或几种。

优选的，所述复合材料的离子电导率为0.6×10^-3～1.0×10^-2S/cm。

第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的NASICON结构钠离子固体电解质/卤化钠复合材料的制备方法，为固相反应法，所述方法包括：