[发明专利]一种Mg2+

说明书

本发明公开了一种Mg²⁺掺杂改性的NASCION型钠离子固态电解质及其制备方法，该固态电解质的通式为：Na_3.3Zr_2‑xMg_xSi_2.3P_0.7O_12‑x，通式中x为：0.05≤x≤0.10。该固态电解质采用传统固相法进行制备，包括按照配料、一次球磨、压制成型、预烧、二次球磨、压制成型、烧结以及镀金等工序。本发明提供的Mg²⁺掺杂改性的NASCION型钠离子固态电解质，通过优化合成工艺和采用Mg²⁺对NASCION结构中的Zr²⁺位掺杂，得到室温锂离子电导率性能优良NASCION型钠离子固态电解质，其室温钠离子总电导率可达到4.8mS/cm。该钠离子固态电解质制备方法工艺稳定成熟，且所采用的原料获取容易，具有普遍性和工业实用性，易于产业化。

技术领域

本发明属于钠离子固态电池领域，涉及NASCION型钠离子固态电解质，具体涉及一种Mg²⁺掺杂改性的NASCION型钠离子固态电解质及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的快速消耗，二氧化碳的大量排放所导致的温室效应和环境问题越来越严重，发展大规模的高效清洁储能技术受到各国科研工作者的关注。近年来，钠电池由于资源丰富，成本低廉以及与锂电池类似的化学性质成为研究热点。然而，目前大多数报道的钠电池研究都是基于有机溶剂的液态电解液，例如醚和碳酸酯。有机溶剂易燃且易泄漏使得液态钠电池存在潜在的安全问题。相比之下，固态钠电池具有稳定性高，无泄漏风险以及易于直接堆叠加工等优点显著提升了电池的安全性能。然而，钠离子固态电解质也存在离子电导率低，电极电解质界面兼容性差等问题限制了其实际应用。开发用于钠电池的高性能固态电解质(SSE)具有重要意义。

NASCION(Na Super Ionic Conductor)型钠离子固态电解质是目前最有前景的钠离子固态电解质材料，其室温电导率高、与钠电极材料的稳定性较好、在空气中能较稳定存在、制备工艺简单、原材料价格低廉且容易获得。NASICON是由NaZr₂(PO₄)₃和NaZr₂(SiO₄)₃形成的连续固溶体，通式为Na_1+xZr₂Si_xP_3-xO₁₂(O≤x≤3)，当x＝2时，即Na₃Zr₂Si₂PO₁₂的离子电导率最高，300℃时可达0.2S/cm。

然而通常的NASCION型钠离子固态电解质用作钠电正极时，表现出的充放电电压不够高，从而在很大程度上限制了钠离子电池能量密度的提高，制约了其实用化进程。目前，提高NASCION型钠离子固态电解质的常用手段是离子掺杂、加入烧结助剂以及氧气气氛烧结等手段。掺杂改性由于能显著提升NASCION型钠离子固态电解质的室温钠离子电导率，已成为全固态钠电池与器件方向的研究热点。目前在NASCION型钠离子固态电解质材料的研究中，性能大于4.5mS/cm的结果中使用的工艺较为复杂，虽其性能较好，但是尚不能满足全固态钠电池的实际应用需求。

发明内容

针对现有技术中NASCION型钠离子固态电解质及其改进型存在的室温钠离子电导率低、合成工艺复杂等技术问题，本发明的目的旨在提供一种Mg²⁺掺杂改性的NASCION型钠离子固态电解质及其制备方法，通过优化合成工艺和采用Mg²⁺对NASCION结构中的Zr²⁺位掺杂，以进一步提高NASCION型钠离子固态电解质的室温锂离子电导率并提高固态电解质的结构稳定性，使其能满足全固态钠离子电池的应用需求。