[发明专利]固态钠离子导体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固态钠离子导体材料，其化学结构通式为Na_3xLa_2/3‑xZrO₃，x取值范围为0.04≤x≤0.16。本发明还公开了上述固态钠离子导体材料的制备方法，包括：1)按照化学结构通式的化学计量比将钠源、镧源和锆源混合球磨，将球磨产物在800～1000℃煅烧；2)将步骤1)的煅烧产物进行球磨，然后在1100～1300℃烧结，得到固态钠离子导体材料。本发明的固态钠离子导体材料具有高的离子电导率，其室温钠离子电导率在10^‑7S·cm^‑1以上，可解决传统液态有机电解液的漏液、易燃等问题。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种固态钠离子导体材料及其制备方法。

背景技术

随着传统化石能源的日益消耗以及环境污染问题的逐渐加剧，发展新型绿色可持续能源成为人类面临的重要课题。相应的大规模储能电站的建立问题也亟待解决。目前广泛应用的锂离子电池具有能量密度高、转化效率高的特点，但是由于锂资源储量有限，随着锂离子电池的广泛使用，锂资源的价格逐渐增高，使锂离子电池不适合大规模的应用。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作原理，二者能量密度相近，同时，钠资源储量丰富且价格低廉，适合应用在大规模储能电站中。

目前，钠离子电池主要使用液态有机电解液，电池存在漏液、易燃、易爆的问题，且高温下稳定性差，电化学窗口窄，无法配合高电位正极材料使用，导致电池无法满足储能电站对安全、高效、清洁的要求。采用固态电解质的全固态钠离子电池具有耐高温、无泄漏、化学稳定性高的优势，且电化学窗口宽，适用于高电压的正极材料，更适合应用在储能电站中。

目前研究及应用的钠离子固态电解质主要有Na-β-Al₂O₃、NASICON结构固态电解质和硫化物固态电解质。Na-β-Al₂O₃具有高的高温离子电导率，但是室温下电导率较低，其主要应用于高温Na-S体系电池中。NASICON结构的固态电解质具有较高室温离子电导率，但是在高温合成过程中，材料内部会产生杂相，导致电导率的下降，而且在电池充放电过程中，钠金属负极容易形成钠枝晶，并沿着晶界生长，穿透电解质，造成电池短路。硫化物固态电解质具有室温下最高的离子电导率，但是硫系物含有对空气和水分敏感的硫，这就对电解质的生产环境提出了苛刻的要求，增加了生产的成本。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种具有高离子电导率的固态钠离子导体材料。

本发明的另一目的在于提供一种简单、高效的制备上述固态钠离子导体材料的方法。

技术方案：本发明提供一种固态钠离子导体材料，该固态钠离子导体材料化学结构通式为Na_3xLa_2/3-xZrO₃，其中0.04≤x≤0.16。优选地，x的取值范围为0.08≤x≤0.11。

上述固态钠离子导体材料在25℃下钠离子电导率在10^-7S·cm^-1以上。

本发明另一方面提供上述固态钠离子导体材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照化学结构通式Na_3xLa_2/3-xZrO₃的化学计量比将钠源、镧源和锆源混合球磨，将球磨产物在800～1000℃煅烧8～12h。

2)将步骤1)的煅烧产物进行球磨，然后在1100～1300℃烧结8～12h，得到固态钠离子导体材料。

步骤1)中，钠源为碳酸钠和氢氧化钠中的一种或两种以上的混合物；镧源为氧化镧、氢氧化镧中的一种或两种以上的混合物；锆源为氧化锆。