全固態(tài)電池中固體電解質的使用有效避免了傳統(tǒng)電池由于電解液熱穩(wěn)定性差和有毒等缺點所帶來易燃、易爆、易泄露等安全問題。全固態(tài)鈉離子電池由于鈉的資源豐富,成本低廉有望成為鋰離子電池的有益補充應用于大規(guī)模儲能系統(tǒng)中。鈉離子固體電解質作為全固態(tài)鈉電池的核心成分,對其離子電導率和電化學性能的優(yōu)化至關重要。此外,固體電解質與固態(tài)電極材料之間的界面阻抗較大,對其界面進行優(yōu)化能有效的提高全固態(tài)電池性能。本文以溶液法制備了Cl摻雜的Na_3-xSbS_4-xCl_x（NSSC）固體電解質。對其結構和電化學性能進行表征測試。摻雜后由于空位的引入提高了電解質的室溫離子電導率。通過DSC和TG測試可知樣品制備過程中殘留有Na₃SbS₄·8H₂O水合物,該物質與鈉金屬接觸后的分解產(chǎn)物可使電解質與電極間的界面形成一層鈍化層,對界面起到保護作用。而且,Cl的加入使電池在循環(huán)過程中產(chǎn)生電子絕緣的NaCl,緩解了界面間的反應。另一方面,由溶液法所制備納米級電解質顆粒,有效緩沖了循環(huán)過程中的體積變化... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

β和β’’-Al2O3晶體結構示意圖[3]

燕山大學工學碩士學位論文4圖1-2Na3Zr2Si2PO12的結構及其中鈉離子遷移路徑示意圖[39]NASICON材料的合成方法包括固相反應法、溶膠凝膠法、水熱法、噴霧冷凍或冷凍干燥法[18;37;38;40-43]。高溫燒結可降低晶界阻抗但這同時帶來了許多困難。首先高溫燒結會促進鈉和磷的揮發(fā)[44-46]。其次，在電池共燒結過程中電解質在高溫下會與電極材料會發(fā)生嚴重的不良反應[47]。所以對于全固態(tài)電池的應用必須降低燒結溫度。而溶膠凝膠法制備的樣品更均勻，ZrO2雜相的量更少，且燒結溫度比固相合成法低。室溫下，NASICON的電導率范圍是10-4到10-3S/cm。其中當x=2時得到的固體電解質Na3Zr2Si2PO12具有最高的室溫離子電導率約為6.7×10-4S/cm，300oC下其電導率可達到0.2S/cm[38]。使用Sc替代Zr得到的NASICON，Na3+xScxZr2x(SiO4)2PO4（0≤x≤0.6）使用了一種溶液輔助的固相反應法制備。x=0.4時其電導率最高為4.0×103S/cm[18;48]。Porkodi等[49]使用分子前驅體制備的NASCION室溫離子電導率可達到3.4×103S/cm。最近，Zhang等[18]在NASCION中引入更大的La3+陽離子獲得的Na3.35Zr1.65La0.35Si2PO12，其室溫電導率為3.4×103S/cm。但在引入過程中形成了Na3La(PO4)2相。但是這個新相對電導率產(chǎn)生了積極影響。因為它在框架結構中產(chǎn)

第1章緒論7Na1.5Al0.5Ge1.5P3O12，在140oC下的電導率為9.27×105S/cm[71]；Na2Se-Ga2Se3-GeSe2三元玻璃陶瓷體系，室溫離子電導率大于105S/cm[72]。圖1-3幾種鈉固體電解質及電解液熱力學溫度與電導率關系圖[73]1.2.4硼氫化合物鈉離子無機固體電解質包括[BH4]–、[AlH4]–、[NH2]–和[AlH6]3–在內的幾種氫化物陰離子與堿金屬離子形成的復合氫化物材料具有良好的前景。由中心原子核配位氫原子構成的復合陰離子，結構如圖1-4所示[74]。其中人們主要的研究材料為含有多面體BnHn2-陰離子的硼氫化鈉以及LiBH4等典型的儲氫化合物[75]。LiBH4在117°C下發(fā)生結構轉變，，電導率為1×10-3S/cm[76]。Na(BH4)0.5(NH2)0.5的離子電導率為2×10-6S/cm[77]。這比NaBH4和NaNH2高4個數(shù)量級。在高溫下Na2B12H12和Na2B10H10是無序的超離子導體立方結構且電導率較高，活化能較低[78-80]。這是因為其陰離子較大能為鈉離子提供的良好的輸送通道。Na2B10H10在110°C下具有0.01S/cm的高離子電導率。其在室溫下能保持較好的空氣穩(wěn)定性，在高達227°C的溫度下也并沒有明顯的降解。在120°C下的電化學窗口高達5V[78]。第一性原理研究表明，硼氫化鈉在相對較低的電壓下即可被氧化，但相應的分解產(chǎn)物如B12H122-具有較寬的電化學窗口，似乎可以保護電解質，從而能提高電解質的電化學窗口。硼酸鹽基鈉全固態(tài)電池柔韌性好，易延展，能與電極材料緊密接觸[81]。為了使這些超離子相穩(wěn)定到室溫，可采用機械研磨以減小粒徑[81-84]。Na3BH4B12H12和球磨Na2B12H12室溫電導率都接近10-3S/cm。Duchene[85]等人以Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5為電解質，金屬鈉為負極，NaCrO2為正極制備的全固態(tài)電池

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]鈉離子固體電解質及固態(tài)鈉電池研究[D]. 劉麗露.中國科學院大學(中國科學院物理研究所) 2018



本文編號：3344250