[发明专利]改性NASICON结构钠离子固态电解质材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性NASICON结构钠离子固态电解质材料及其制备方法和应用，材料的化学通式为Na_xA_yZr_2‑ySi_x‑y‑1P_4‑x+yO₁₂,2.5≤x≤3.5、0＜y≤1；其中，A为对过渡金属位进行掺杂取代的元素,具体为Al，Cr，Fe，Ga，Se，Y，In，La中的一种或多种；通过对NASICON结构钠离子固态电解质材料进行元素掺杂，能够降低材料的烧结温度，同时提高材料的稳定性和离子电导率，制备方法具有原材料易得、成本低、制备方法简单、易于实现工业化大规模量产的优点。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种改性NASICON结构钠离子固态电解质材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着电子设备、电动工具、小功率电动汽车等迅猛发展，研究高能效、资源丰富及环境友好的储能材料是人类社会实现可持续发展的必要条件。为满足规模庞大的市场需求，仅依靠能量密度、充放电倍率等性能衡量电池材料是远远不够的。电池的制造成本与能耗是否对环境造成污染以及资源的回收利用率也将成为评价电池材料的重要指标。

在二次电池中，锂离子电池的性能虽是最好的，但锂资源的储量有限。目前70％的锂资源分布在南美洲，而现阶段我国80％锂资源依赖进口，锂离子电池难以兼顾电动汽车和电网储能两大产业。钠的储量丰富，钠在地壳中的丰度位于第6位，更重要的是钠分布于全球各地，完全不受资源和地域的限制，所以钠离子电池相比锂离子电池有非常大的资源优势。而且，锂离子电池正极集流体为铝箔，负极为铜箔。但钠离子电池负极集流体也可以采用的成本较低的铝。钠离子电池相比锂离子电池有诸多优势，如成本低、安全性好，高低温性能更优。

和锂离子电池相比，钠离子电池也有缺点，如能量密度略低，循环寿命稍短，这主要是由于材料的缺陷引起的。研究性能更优的钠离子固态电解质有利于钠离子电池能量密度的提高及提高钠离子电池的安全性等其他性能，对推动钠离子电池技术的发展具有重要意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种改性NASICON结构钠离子固态电解质材料及其制备方法和应用，改性NASICON结构钠离子固态电解质材料具有较高的离子电导率，并且由于掺杂降低了材料的烧结温度；本发明提供的改性NASICON结构钠离子固态电解质材料的制备方法具有原材料易得、成本低、制备方法简单、易于实现工业化量产的优点。

第一方面，本发明实施例提供了一种改性NASICON结构钠离子固态电解质材料，所述改性NASICON结构钠离子固态电解质材料的化学通式为：Na_xA_yZr_2-ySi_x-y-1P_4-x+yO₁₂,2.5≤x≤3.5、0＜y≤1；

其中，A包括：Al、Cr、Fe、Ga、Se、Y、In、La中的一种或多种。

优选的，所述改性NASICON结构钠离子固态电解质材料的离子电导率为1.0×10^-5S/cm～3.0×10^-2S/cm。

优选的，所述改性NASICON结构钠离子固态电解质材料的形状为球型、椭球型、鹅卵石形或无规则形状中的一种或多种。

第二方面，本发明实施例提供了一种如上述第一方面所述的改性NASICON结构钠离子固态电解质材料的制备方法，所述方法为固相法，包括：

将所需化学计量100％-125％的含钠化合物、所需化学计量100％-105％的含锆化合物、所需化学计量100％的含硅化合物、所需化学计量100％-125％的含磷化合物和所需化学计量100％的含A元素化合物，按比例混合成前驱体；

将所述前驱体均匀混合得到前驱体粉末；