全固态钠离子电池硫系化合物电解质

全固态钠离子电池具有资源丰富、安全性高等优势,作为未来大规模储能的重要选择而成为近年来先进二次电池前沿研究热点。钠离子硫系化合物电解质室温离子电导率高、弹性模量高、容易冷压成型,能增强电极/电解质界面接触、减小界面阻抗、缓冲电极材料在充放电过程中的应力/应变,是全固态钠离子电池的研究重点。本文对钠离子硫系化合物固态电解质的结构及性质进行了总结,讨论了硫系化合物电解质的本征特性、与电极的界面稳定性,并介绍了硫系化合物全固态钠离子电池的研究现状,最后分析了硫系化合物电解质面临的挑战及今后的发展方向。

钠离子硫化物固态电解质研究进展

全固态钠离子电池由正极、固态电解质和负极三部分组成,固态电解质作为导通离子隔绝电子的核心部件,既需要高的离子电导率,又要求良好的电解质-电极的固固接触和界面稳定性以维持有效的离子传输。硫化物电解质因具有众多优势而备受关注。近年来,在提高其离子电导率方面已取得较大进展,在对其化学稳定性、与电极材料的界面稳定性等方面研究还在不断深入。本文通过对近期相关文献的梳理,讨论了目前钠离子硫化物无机固态电解质的发展概况,分别对硫化物电解质的制备工艺、结构以及电导率做了系统评述,着重介绍了机械化学合成、固相烧结以及化学液相合成的方法,系统分析了基于Na3PS4和Na3SbS4的三元硫化物及基于Na11Sn2PS12和Na11Sn2SbS12的四元硫化物的成分设计策略,重点总结了阴离子和阳离子掺杂所导致的钠离子空位/间隙、离子结合能、晶格软化、钠离子分布、结构对称性等变化对优化离子输运的作用机制。同时,总结了基于硫化物电解质的全固态钠电池界面特性的研究进展,主要分析了正极-电解质固固接触的改善策略和金属负极-电解质界面失效机理和稳定性提升措施,表明解决界面问题的紧迫性。最后,展望了钠离子硫化物电解质下一步可能的发展方向。

全固态钠离子电池及界面改性

全固态钠离子电池具有原料成本低、安全性高以及能量密度高等特点,在移动电源、电动汽车和大规模储能系统领域表现出巨大的应用潜力。然而全固态钠离子电池的发展和规模化应用亟需解决固体电解质室温离子电导率低、界面电荷转移阻抗大、固体电解质与电极界面兼容性和接触差等问题。本文结合近年来全固态钠离子电池相关报道和本课题组研究成果,概述了β-Al2O3型固体电解质、NASICON型固体电解质、硫化物固体电解质、聚合物固体电解质、复合固体电解质的研究进展及发展趋势;综述了全固态钠离子电池界面特性、固体电解质表面修饰、电极/固体电解质界面改性最新研究成果;最后对全固态钠离子电池界面改性策略发展方向进行了展望。本综述有助于加深对全固态钠离子电池界面科学问题的认识,并对固态钠离子电池的发展应用形成理论指导。

高温淬火制备Na_(11)Sn_(2)PS_(12)固体电解质及其电化学性能

采用高温淬火法成功制备了Na_(11)Sn_(2)PS_(12)固体电解质,并对其结构、离子/电子电导率、激活能以及电化学稳定性进行了表征分析,最后研究了Na_(11)Sn_(2)PS_(12)固体电解质在全固态钠电池中的应用。结果表明:高温淬火得到的目标物相含有杂相,通过430℃退火可以显著减少杂相,进而将钠离子电导率从0.34×10^(-4) S/cm提高至6.26×10^(-4) S/cm;退火后的Na_(11)Sn_(2)PS_(12)固体电解质具有较低的激活能(0.27 e V)和电子电导率(2.25×10^(-8) S/cm),且在0.8~2.8 V具有稳定的电化学窗口。将Na_(11)Sn_(2)PS_(12)应用于全固态钠电池,电池表现出良好的充放电性能。