用于全固体钠电池的固体电解质及其制造方法和全固体钠电池技术

本发明专利技术公开了一种用于全固态钠电池的固体电解质，其由下式表示：Na3‑

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于全固体钠电池的固体电解质及其制造方法和全固体钠电池


[0001]本专利技术涉及用于全固体钠电池的固体电解质及其制造方法和全固体钠电池。更具体地，本专利技术涉及用于全固体钠电池的具有改善的离子传导率的固体电解质、其制备方法和包含其的全固体钠电池。

技术介绍

[0002]近年来，在电动汽车、混合动力汽车等汽车，太阳能电池、风力发电等发电装置等中，为了储存电力而对锂离子电池的需求增大。但是，锂离子电池由于使用埋藏量少且产地不均匀的锂，因此提出了使用资源量丰富的钠代替锂的方案。
[0003]另外，从确保安全性的观点出发，对电解质不使用液体而使用固体的电解质(固体电解质)的全固体钠电池正在积极研究。
[0004]从提高全固体钠电池的放电容量等物性的观点出发，要求固体电解质具有更高的离子传导率。特别是全固体钠二次电池，从提高充放电容量、循环数等物性的观点出发，要求固体电解质具有更高的离子传导率。从这个观点出发，A.Banerjee等，Angew.Chem.Int.Ed.，55(2016)9634(非专利文献1)和H.Wang等，Angew.Chem.Int.Ed.，55(2016)9551(非专利文献2)报道了Na3SbS4显示高离子传导率和高大气稳定性。
[0005]现有技术文件
[0006]非专利文献
[0007]非专利文献1：A.Banerjee等，Angew.Chem.Int.Ed.，55(2016)9634。
[0008]非专利文献2：H.Wang等，Angew.Chem.Int.Ed.，55(2016)9551。

技术实现思路

[0009]即使使用上述Na3SbS4，离子传导率也不充分，因此需要提供具有更高离子传导率的固体电解质。
[0010]本专利技术的专利技术人等尝试将Na3SbS4中的Sb的一部分置换为其它金属离子。结果发现，通过用除五价以外的元素替换部分五价的Sb，在Na3SbS4结构中插入缺陷，可以提供离子传导率高于Na3SbS4的固体电解质，因此完成了本专利技术。
[0011]因此，根据本专利技术，提供一种用于全固体钠电池的固体电解质，其如下式所示，
[0012]Na
3-x
Sb
1-x
α
x
S4[0013]式中，α选自Na
3-x
Sb
1-x
α
x
S4显示出比Na3SbS4更高的离子传导率的元素，且x为0<x<1。
[0014]另外，根据本专利技术，提供一种固体电解质的制备方法，该方法为上述固体电解质的制备方法，包括：通过机械研磨处理混合用于制备固体电解质的原料，并压制所得的混合物。
[0015]另外，根据本专利技术，提供一种全固体钠电池，其具备正极、负极和位于正极与负极
之间的固体电解质层，所述固体电解质层为包含上述固体电解质的层。
[0016]根据本专利技术，可以提供显示更高离子传导率的固体电解质及其制造方法、以及使用其的全固体钠电池。
[0017]另外，在具有以下的构成的任一者的情况下，能够提供显示出更高的离子传导率的固体电解质。
[0018](1)α为W或Mo。
[0019](2)x为0.05≤x≤0.2。
[0020](3)固体电解质为玻璃陶瓷状。
[0021](4)固体电解质至少包含晶体部，所述晶体部由立方晶构成。
[0022](5)固体电解质在拉曼光谱中显示来自αS4的阴离子的峰。
[0023](6)通过机械研磨将用于制造固体电解质的原料混合，并压制所得的混合物。
[0024](7)以300MPa以上的压力对固体电解质加压，在250～300℃下加热0.1小时以上。
附图说明
[0025]图1是使用Na
2.88
Sb
0.88
W
0.12
S4gc的全固体电池的模型图。
[0026]图2是示出Na
3-x
Sb
1-x
W
x
S4ms的XRD图谱的图。
[0027]图3是示出Na
3-x
Sb
1-x
W
x
S4ms的拉曼光谱的图。
[0028]图4是示出Na
3-x
Sb
1-x
W
x
S4ms的DTA曲线的图。
[0029]图5是示出Na
3-x
Sb
1-x
W
x
S4ms、gc的阻抗图的图。
[0030]图6是示出Na
3-x
Sb
1-x
W
x
S4ms、gc的离子传导率的温度依赖性的图。
[0031]图7是示出Na
3-x
Sb
1-x
W
x
S4gc的XRD谱图的图。
[0032]图8是示出Na
2.88
Sb
0.88
W
0.12
S4gc的阻抗图的图。
[0033]图9是示出Na
3-x
Sb
1-x
W
x
S4gc的离子传导率和活化能的图。
[0034]图10是示出Na
2.88
Sb
0.88
W
0.12
S4gc的直流极化的图。
[0035]图11是示出直流极化法中的电压与电流的关系的图。
[0036]图12是示出Na
2.88
Sb
0.88
W
0.12
S4的离子传导率的温度依赖性的图。
[0037]图13是示出Na3SbS4和Na
2.88
Sb
0.88
W
0.12
S4的XRD谱图的图。
[0038]图14是示出Na3SbS4所具有的正方晶和Na
2.88
Sb
0.88
W
0.12
S4所具有的立方晶的结构的图。
[0039]图15是示出Na
2.82
Sb
0.88
W
0.12
S
3.94
Cl
0.06
gc的离子传导率的温度依赖性的图。
[0040]图16是示出Na
2.88
Sb
0.88
W
0.12
S4gc的大气暴露后的H2S产生量的图。
[0041]图17是示出Na
2.88
Sb
0.88
W
0.12
S4gc的大气暴露后的XRD谱图的图。
[0042]图18是示出使用采用了Na
2.88
Sb
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于全固体钠电池的固体电解质，其如下式所示，Na
3-x
Sb
1-x
α
x
S4式中，α选自Na
3-x
Sb
1-x
α
x
S4显示出比Na3SbS4更高的离子传导率的离子传导率的元素，且x为0＜x＜1。2.根据权利要求1所述的用于全固体钠电池的固体电解质，其中，所述α选自显示6价的元素。3.根据权利要求2所述的用于全固体钠电池的固体电解质，其中，所述六价元素选自W、Mo、Cr、Mn、Ru、Re、Os和Ir。4.根据权利要求1所述的用于全固体钠电池的固体电解质，其中，α选自W和Mo。5.根据权利要求1所述的用于全固体钠电池的固体电解质，其中，所述α为W。6.根据权利要求1所述的用于全固体钠电池的固体电解质，其中，所述x表示能够提供显示出比Na3SbS4大的离子传导率的固体电解质的范围。7.根据权利要求1所述的用于全固体钠电池的固体...

【专利技术属性】
技术研发人员：林晃敏，辰巳砂昌弘，作田敦，
申请(专利权)人：公立大学法人大阪，
类型：发明
国别省市：