一种混合离子导体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种混合离子导体材料及其制备方法和应用，混合离子导体材料为核壳结构，包括内核和外壳两层结构,内核包含第一组分和第二组分；第一组分为固态电解质材料，化学式为Na

【技术实现步骤摘要】
一种混合离子导体材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料
，特别涉及一种混合离子导体材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]新能源汽车、大规模储能电站和微型器件等领域的快速发展对二次电池的能量密度、功率密度、工作环境和安全性提出了更高的要求，因此固态锂电池作为最具潜力的电化学储能装置，近年来受到广泛关注和研究。随着锂离子电池的大规模制造与应用，使自然界中本就丰度相对较少的锂资源显得更加匮乏。钠元素在地壳中的丰度远远高于锂元素，钠元素与锂元素位于同一主族，它们的化学、物理性质相似，因而开发固态钠离子电池可以大幅度地降低电池的成本。由于钠具有原料丰富、成本低的优点而成为当前新能源器件和新材料领域的研究热点。作为新一代的电池，固态钠电池被认为是固态锂电池未来的替代者，其工作原理和锂电池的原理相似，在性能研究和材料研发方面具有一定共性。然而，由于Na+的离子半径比Li+大，所以限制了钠离子在电极材料中的可逆脱嵌过程，从而影响电池的电化学性能(Kim,H.,Ding,Z.,Lee,M.H.,etal.Adv.Energy Mater.2016,6,1600943.)。
[0003]2006年，J.Baker等人首次提出了混合型锂离子电池的概念，使用液态电解液，混合锂钠离子电池与钠离子电池相比表现出较好的电化学性能，与纯锂离子电池相比价格低廉。但固态混合锂钠离子电池鲜有报道，原因是因为缺少可同时传导锂离子和钠离子的混合离子导体固态电解质材料。而开发固态混合离子导体材料可以为实现混合固态锂钠电池的发展起到助推作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种混合离子导体材料及其制备方法和应用，本专利技术的混合离子导体材料为核壳结构，且材料具有与正负极相容性好，界面电阻低，具有可传导锂离子与钠离子的优点。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种混合离子导体材料，包括内核和外壳两层结构；
[0006]所述内核包含第一组分和第二组分；
[0007]所述第一组分为固态电解质材料，化学式为Na
x
A
y
Zr2‑
y
Si
x
‑
y
‑1P4‑
x+y
O
12
，其中A包括：Al、Cr、Fe、Ga、Se、Y、In或La中的一种或多种,且2.5≤x≤3.5,0＜y≤1；
[0008]所述第二组分为碳化前驱体材料碳化形成的无定形碳和/或晶态碳；
[0009]所述外壳为碳层。
[0010]优选的，所述碳化前驱体材料包括：葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂中的一种或多种组合。
[0011]优选的，所述碳层的结构包括连续薄膜、不连续薄膜或紧密排列的碳微粒中的一种或多种组成；所述碳层的厚度在1nm
‑
2μm之间，所述碳层对所述内核表面的覆盖率为
50％
‑
100％；
[0012]所述第二组分均匀的嵌入分布于所述第一组分中，形成的所述内核的粒径为在30nm
‑
100μm之间；第一组分、第二组分和碳层质量比为1：(0
‑
0.6)：(0.002
‑
0.6)；
[0013]所述混合离子导体材料的粒径在31nm
‑
102μm之间。
[0014]优选的，所述混合离子导体材料的形状为球形、椭球形、鹅卵石形、片状或无规则形状中的一种或多种。
[0015]第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的混合离子导体材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0016]按照所需质量份数，将所述第一组分和所述第二组分均匀混合，得到前驱体粉末；
[0017]将前驱体粉末置于反应装置中，在惰性气氛下由室温升至700℃
‑
1200℃，保温1小时
‑
20小时；
[0018]将碳化后的材料粉碎，得到内核材料；
[0019]对所述内核材料进行碳包覆，得到核壳结构的混合离子导体材料。
[0020]优选的，所述惰性气体包括：氮气、氦气、氖气、氩气中的一种或多种。
[0021]优选的，所述碳包覆的方法具体为液相法或固相法；
[0022]所述液相法包括：将所述内核材料与可溶解的碳源材料在溶剂中溶解混合后，再进行烘干，烘干后的样品在700℃
‑
1200℃碳化处理1小时
‑
20小时；
[0023]所述固相法包括：将所述内核材料与固相碳源材料混合均匀后，在惰性气氛中，700℃
‑
1200℃碳化处理1小时
‑
20小时。
[0024]进一步优选的，所述可溶解的碳源材料包括：葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、环氧树脂中的一种或多种；
[0025]所述固相碳源材料包括：石墨、活性炭、碳水化合物、乙炔黑、介孔碳、石墨烯、酚醛树脂、糠醛树脂、脲醛树脂、沥青、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种。
[0026]第三方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的混合离子导体材料的应用，所述混合离子导体材料可用于电池正极材料添加剂、隔膜涂层材料添加剂、隔膜涂层材料或负极材料添加剂。
[0027]本专利技术提供的混合离子导体材料，通过对Na
x
A
y
Zr2‑
y
Si
x
‑
y
‑1P4‑
x+y
O
12
固态电解质嵌入碳结构层，可为锂离子的传输提供通道，增强材料的导锂离子性能；同时对材料外层进行碳层包覆可降低材料与正负极之间的界面电阻，且阻隔了与正负极之间的不稳定反应，使其与正负极相容性更好。
附图说明
[0028]下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。
[0029]图1是本专利技术实施例提供的混合离子导体材料的结构示意图；
[0030]图2是本专利技术实施例提供的混合离子导体材料的制备方法的流程图；
[0031]图3是本专利技术实施例1提供的混合离子导体材料的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0032]图4是本专利技术实施例2提供的混合离子导体材料的SEM图；
[0033]图5是本专利技术实施例2提供的混合离子导体材料的拉曼光谱图；
[0034]图6是本专利技术实施例3提供的混合离子导体材料的SEM图；
[0035]图7是本专利技术实施例3提供的混合离子导体材料的电化学阻抗图谱(EIS)；
[0036]图8是本专利技术实施例4提供的混合离子导体材料的SEM图；
[0037]图9是本专利技术实施例4提供的混合离子导体材料的EIS图谱。
具体实施方式
[0038]下面通过附图和具体的实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合离子导体材料，其特征在于，所述混合离子导体材料为核壳结构，包括内核和外壳两层结构；所述内核包含第一组分和第二组分；所述第一组分为固态电解质材料，化学式为Na
x
A
y
Zr2‑
y
Si
x
‑
y
‑1P4‑
x+y
O
12
，其中A包括：Al、Cr、Fe、Ga、Se、Y、In或La中的一种或多种,且2.5≤x≤3.5,0＜y≤1；所述第二组分为碳化前驱体材料碳化形成的无定形碳和/或晶态碳；所述外壳为碳层。2.根据权利要求1所述的混合离子导体材料，其特征在于，所述碳化前驱体材料包括：葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂中的一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的混合离子导体材料，其特征在于，所述碳层的结构具体为连续薄膜、不连续薄膜或紧密排列的碳微粒中的一种或多种组成；所述碳层的厚度在1nm
‑
2μm之间，所述碳层对所述内核表面的覆盖率为50％
‑
100％；所述第二组分均匀的嵌入分布于所述第一组分中，形成的所述内核的粒径为在30nm
‑
100μm之间；第一组分、第二组分和碳层质量比为1：(0
‑
0.6)：(0.002
‑
0.6)；所述混合离子导体材料的粒径在31nm
‑
102μm之间。4.根据权利要求1所述的混合离子导体材料，其特征在于，所述混合离子导体材料的形状为球形、椭球形、鹅卵石形、片状或无规则形状中的一种或多种。5.一种上述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：石永明，史晶，罗飞，杨谦，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：