[发明专利]一种Nasicon结构钠离子固体电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池制备技术领域，公开了一种Nasicon结构钠离子固体电解质及其制备方法和应用。该固体电解质的化学通式为0≤x≤2，0≤y≤2，0≤w≤2，0≤z≤3；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ为M的价态(2～5价)，M为Mn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺；Al³⁺、In³⁺、Sc³⁺、Y³⁺、Ge⁴⁺、Sn⁴⁺、Ti⁴⁺、Nb⁴⁺、Nb⁵⁺、Sb⁵⁺、As⁵⁺或V⁵⁺。通过在Nasicon结构中添加纳米掺锑二氧化锡(SnO₂/Sb₂O₃)，提高了Nasicon结构的钠离子固体电解质的致密度和离子电导率。本发明Nasicon型固体电解质片在室温下的离子电导率与传统方法相比提高了一至两个数量级。

技术领域

本发明属于电池制备技术领域，更具体地，涉及一种Nasicon结构钠离子固体电解质及其制备方法和应用。

背景技术

社会的各行各业都需要能源来提供发展的动力，没有能源的提供，我们将寸步难行。在过去几个世纪，我们的工业革命主要是通过燃烧产生能量来推动。但是，传统的化石燃料的燃烧在产能的同时，也为我们生成了烦恼，比方说环境污染和温室效应的产生以及资源限制，这是我们不可忽略的问题。因此可再生的清洁能源的开发和利用显得尤为重要。可再生能源技术在太阳能、风能、潮汐能等方面与传统能源相比具有易得、价廉、环境友好、可持续发展等的竞争优势。但是，太阳能和风能是最不稳定和潜在可用的能源，但它们不能提供可根据需求轻松调整常规的供应，因此也不是可靠的电力来源。

因此，发展可持续的可以在用电高峰存储，在需要时释放的新型电能存储是十分重要的。电化学存储是现有储能系统中最有前景的。在电化学存储中，电池将存储的化学能转化成高效的电能，且具备投资少、环境友好、安全、应用灵活等特点。在当今已规模化的化学电源中，锂离子电池的能量密度和输出电压最大、循环寿命长、自放电小、工作温度宽、无记忆效应等优点，具有广泛的应用前景。

可充电电池为我们解决了高效储能的问题。随着电子设备的更新换代、电动汽车技术开发和使用以及智能电网的研究，锂离子电池应用越来越贴近百姓的生活，锂资源得到不断地开采、使用。但是锂资源在地壳中的含量是十分有限的，因此而造成的锂资源短缺使得锂离子电池价格昂贵的问题使得我们不得不考虑开发一种低成本的电池来替代锂离子电池。钠与锂处在同一主族，有相似的化学性质，且地壳中钠的含量远远高于锂(锂在地壳中的含量仅为0.0065％，且我国的锂资源主要分布在青海和西藏等环境较为恶劣的地方，不易于开采)且在世界范围内很容易获得，且开采费用仅为锂的百分之一，因此钠电池的成本会远远低于锂电池。

目前被报道的钠离子电池的电解质多数以有机液态形式存在，传统的有机液态电解质存在易燃、易爆等的安全隐患。发展固态电解质可以有效解决这些问题。固态电池的优点是不含液态电解质，没有外漏风险，安全性能更高；而且充电容量更大。Nasicon型固态电解质的离子电导率可以实现与电解液相当的离子电导率，且其具有很好的结构稳定性、宽的电化学窗口、价廉和易制备的优点，因此受到科研人员的广泛关注。本发明改进原有的高温烧结法，使用一种氧化锡锑的添加剂而提高固体电解质的致密度，从而提高固体电解质的离子电导率，推进其在全固态电池领域的应用。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明首要目的在于提供一种Nasicon结构的钠离子固体电解质。

本发明的另一目的在于提供上述Nasicon结构的钠离子固体电解质的制备方法。该方法通过在Nasicon结构的钠离子固体电解质制备过程中添加氧化锡锑(SnO₂/Sb₂O₃)，提高了Nasicon结构的钠离子固体电解质的致密度和离子电导率。