【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能材料，具体涉及一种钠离子固体电解质材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着电动汽车行业的快速发展，钠离子电池因其成本效益和资源丰富性而成为能源存储领域的研究热点。然而，其使用的液态电解质存在热失控和起火爆炸的风险，这限制了其在安全性要求较高的应用场景中的使用。因此，开发具有高热稳定性的固态电解质，以替代易燃的液态电解质，已成为当前研究的重要方向。固态电解质不仅能够显著提高电池的热安全性，还能有效抑制钠枝晶的生长，从而延长电池的循环寿命和提高其整体性能。目前常用的固体电解质主要分为硫化物，卤化物，聚合物和氧化物。而在众多电解质中，氧化物na+超离子导体(nasicon)型固态电解质因其具有三维离子传输框架和易于合成等优点而引起人们的极大兴趣。然而nasicon电解质主要存在对钠金属不稳定和离子电导率低的问题。这是由于在nasicon结构中存在的po4/sio4四面体会易于和金属钠反应生成磷酸盐/硅酸盐或者磷化钠等物质，进而持续破坏电解质的结构，进而导致电解质结构内部产生钠枝晶，引起固态钠电池失效。因此，亟需提供一种增强nasicon电解质对金属钠稳定性和提高离子电导率的方法，以提高固态钠电池的性能。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出了一种钠离子固体电解质材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的钠离子固体电解质材料，能够有效地提高nasicon固态电解质的离子电导率，改善na金属与nasicon固体电解
2、本专利技术提供了一种钠离子固体电解质材料。
3、具体地，一种钠离子固体电解质材料，其化学式为nasicon-ymax，其中nasicon为钠超离子导体，max为掺杂的盐(即max盐)；在所述max中，m选自na、k、pb、zn、cu、ca、fe、mn中的一种，a选自si、b、c、p中的一种，x为f、cl、br、i中的一种；y为所述max占所述nasicon的质量百分数，y的取值为0.1％～50％。
4、一种钠离子固体电解质材料，包括nasicon(钠超离子导体)和max盐；所述max盐的质量为所述nasicon的质量的0.1％～50％。
5、在本专利技术的一些实施例中，所述nasicon(钠超离子导体)为na3zr2si2po12；所述钠离子固体电解质材料的化学式为na3zr2si2po12-ymax，其中y为所述max占所述nasicon的质量百分数。
6、在本专利技术的一些实施例中，所述max的质量为所述nasicon的质量的0.1％～15％，如na3zr2si2po12-(0.1％～15％)max。在本专利技术的一些实施例中，所述max的质量为所述nasicon的质量的0.3％～10％，如na3zr2si2po12-(0.3％～10％)max。在本专利技术的一些实施例中，所述max的质量为所述nasicon的质量的0.3％～3.0％，如na3zr2si2po12-(0.3％～3.0％)max。在本专利技术的一些实施例中，所述max的质量为所述nasicon的质量的0.3％～2.0％，如na3zr2si2po12-(0.3％～2.0％)max。在本专利技术的一些实施例中，所述max的质量为所述nasicon的质量的0.3％～0.8％，如na3zr2si2po12-(0.3％～0.8％)max。
7、在本专利技术的一些实施例中，所述max盐包括六氟硅酸钠(na2sif6)、硅碘化钾(ksii3)、溴甲基铁(fecbr)、三氯甲基铜(cuccl3)、六氯化磷钠(napcl6)、六氟磷酸铅(pb(pf6)2)、四氟硼酸钙(cabf4)、硅溴化锰(mnsibr3)、氟硅酸锌(znsif6)、氟化钠(naf)中的至少一种。优选地，所述max盐为六氟硅酸钠或四氟硼酸钙(cabf4)。
8、本专利技术还提供了上述钠离子固体电解质材料的制备方法。
9、具体地，上述钠离子固体电解质材料的制备方法，包括以下步骤：
10、将na源、p源、zr源、si源与球磨剂混合，球磨，然后经煅烧制备nasicon前驱体；再将所述nasicon前驱体与max盐混合，压片、烧结，制得钠离子固体电解质材料。
11、在本专利技术的一些实施例中，所述na源可以选择碳酸钠(na2co3)、氢氧化钠(naoh)、氧化钠(na2o)、硫酸钠(na2so4)、硝酸钠(nano3)、磷酸钠(na3po4)、氯化钠中的至少一种。所述si源选择二氧化硅(sio2)，硫酸硅、碳酸硅、硝酸硅、草酸硅中的至少一种。所述p源选择磷酸二氢铵(nh4h2po4)、磷酸铵、磷酸氢二铵中的至少一种。所述zr源选择二氧化锆(zro2)、硝酸氧锆、硫酸锆、氯化锆、草酸锆、乙酸锆中的至少一种。
12、在本专利技术的一些实施例中，所述球磨剂包括选乙醇、丙醇、异丙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、氯仿中的至少一种。
13、在本专利技术的一些实施例中，在所述球磨的过程中，加入球磨珠进行球磨，所述na源、所述p源、所述zr源、所述si源的总质量，与所述球磨珠、所述球磨剂的质量比为1：(1～30)：(5～15)。即物料与所述球磨珠、所述球磨剂的质量比为1：(1～30)：(5～15)。
14、在本专利技术的一些实施例中，所述球磨的过程为：于100～2000r/min的转速下球磨1～48h；优选地所述球磨的过程为：于200～1300r/min的转速下球磨2～25h。
15、在本专利技术的一些实施例中，所述煅烧的过程为：于100～1500℃下煅烧1～48h；优选地，所述煅烧的过程为：于500～1300℃下煅烧5～36h。
16、在本专利技术的一些实施例中，所述烧结的温度500～2000℃；优选地，所述烧结的温度700～1600℃。在本专利技术的一些实施例中，所述烧结的时间为1h～48h；优选地，所述烧结的时间为5～24h。
17、本专利技术还提供了上述钠离子固体电解质材料在制备钠离子电池中的应用。
18、本专利技术还提供了一种钠离子电池。所述钠离子电池包括上述钠离子固体电解质材料。
19、相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
20、(1)本专利技术提供的钠离子固体电解质材料，其化学式为nasicon-ymax，包括钠超离子导体和max盐。本专利技术通过将卤素x元素掺杂进入到po4/sio4四面体中，能够避免nasicon固态电解质在电池运行过程中，金属na对电解质po4/sio4四面体的破坏，从而有效地改善金属na对固态电解质的稳定性。进一步，m金属元素和a非金属元素能够改变nasicon中si/p的比例，进而能够有效地提高nasicon固态电解质的离子电导率。此外，max的添加，能够有效改善na金属与nasicon固体电解质的界面稳定性，极大地降低界面阻抗(尤其是六氟硅酸钠的加入)。
21、(2)本专利技术提供的钠离子固体电解质材料，其离子电导率高，界面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钠离子固体电解质材料，其特征在于，化学式为NASICON-yMAX，其中NASICON为钠超离子导体，MAX为掺杂的盐；在所述MAX中，M选自Na、K、Pb、Zn、Cu、Ca、Fe、Mn中的一种，A选自Si、B、C、P中的一种，X为F、Cl、Br、I中的一种；y为所述MAX占所述NASICON的质量百分数，y的取值为0.1％～50％。
2.根据权利要求1所述的钠离子固体电解质材料，其特征在于，所述NASICON为Na3Zr2Si2PO12；所述钠离子固体电解质材料的化学式为Na3Zr2Si2PO12-yMAX。
3.根据权利要求1或2所述的钠离子固体电解质材料，其特征在于，所述MAX的质量为所述NASICON的质量的0.1％～15％；优选地，所述MAX的质量为所述NASICON的质量的0.3％～10％。
4.根据权利要求1或2所述的钠离子固体电解质材料，其特征在于，所述MAX包括六氟硅酸钠、硅碘化钾、溴甲基铁、三氯甲基铜、六氯化磷钠、六氟磷酸铅、四氟硼酸钙、硅溴化锰、氟硅酸锌、氟化钠中的至少一种。
5.权利要求1-4中任一项
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述Na源选择碳酸钠、氢氧化钠、氧化钠、硫酸钠、硝酸钠、磷酸钠、氯化钠中的至少一种；所述Si源选择二氧化硅、硫酸硅、碳酸硅、硝酸硅、草酸硅中的至少一种；所述P源选择磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸氢二铵中的至少一种；所述Zr源选择二氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、氯化锆、草酸锆、乙酸锆中的至少一种。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述球磨剂包括选乙醇、丙醇、异丙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、氯仿中的至少一种。
8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的过程为：于100～1500℃下煅烧1～48h；所述烧结的温度500～2000℃，所述烧结的时间为1h～48h。
9.权利要求1-4中任一项所述的钠离子固体电解质材料在制备钠离子电池中的应用。
10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池包括权利要求1-4中任一项所述的钠离子固体电解质材料。
...【技术特征摘要】
1.一种钠离子固体电解质材料，其特征在于，化学式为nasicon-ymax，其中nasicon为钠超离子导体，max为掺杂的盐；在所述max中，m选自na、k、pb、zn、cu、ca、fe、mn中的一种，a选自si、b、c、p中的一种，x为f、cl、br、i中的一种；y为所述max占所述nasicon的质量百分数，y的取值为0.1％～50％。
2.根据权利要求1所述的钠离子固体电解质材料，其特征在于，所述nasicon为na3zr2si2po12；所述钠离子固体电解质材料的化学式为na3zr2si2po12-ymax。
3.根据权利要求1或2所述的钠离子固体电解质材料，其特征在于，所述max的质量为所述nasicon的质量的0.1％～15％；优选地，所述max的质量为所述nasicon的质量的0.3％～10％。
4.根据权利要求1或2所述的钠离子固体电解质材料，其特征在于，所述max包括六氟硅酸钠、硅碘化钾、溴甲基铁、三氯甲基铜、六氯化磷钠、六氟磷酸铅、四氟硼酸钙、硅溴化锰、氟硅酸锌、氟化钠中的至少一种。
5...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。