【會(huì)議報(bào)告】NASICON結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)研究進(jìn)展

固態(tài)鈉離子電解質(zhì)主要包括硫化物、氧化物[Na-β"-Al₂O₃、鈉超離子導(dǎo)體（NASICON）、鋰超離子導(dǎo)體（LISICON）、鈣鈦礦、反鈣鈦礦和石榴石]兩大類。其中，NASICON材料憑借穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)、高的離子電導(dǎo)率、對(duì)水和空氣的穩(wěn)定性、對(duì)Na金屬的界面穩(wěn)定性、易于合成、能量密度高和穩(wěn)定的化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。

NASICON第一次于1976年被Goodenough和Hong報(bào)道，是最早被發(fā)現(xiàn)并深入研究的離子導(dǎo)體之一。其化學(xué)通式為Na_xM₂（AO₄）₃，其中M為過(guò)渡族或主族金屬，AO₄為聚陰離子，是一個(gè)膨大的體系。

NASICON結(jié)構(gòu)中MO₆八面體和AO₄四面體通過(guò)共享角氧原子形成了有利于離子快速擴(kuò)散的三維傳輸通道，具有高離子電導(dǎo)能力，同時(shí)由于化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性好，成為良好的固態(tài)電解質(zhì)材料。但是，NASICON結(jié)構(gòu)鋰離子固態(tài)電解質(zhì)并不多見(jiàn)，Li_1.4Al_0.4Ti_1.6（PO₄）₃（LATP）是目前正在實(shí)用化的NASICON結(jié)構(gòu)鋰離子固態(tài)電解質(zhì)。

最近上海交通大學(xué)湯衛(wèi)平教授課題組通過(guò)Li⁺/Na⁺離子交換方法得到了Li₃Zr₂Si₂PO₁₂（NZSP）固態(tài)電解質(zhì)材料，這個(gè)材料除了3.59mS的離子電導(dǎo)率外，還具有良好的物理化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。研制的高固N(yùn)ZSP含量NZSP/PVDF復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)薄膜、及其固態(tài)電池也顯示了良好的性能，并且該材料的實(shí)用化驗(yàn)證正在進(jìn)一步展開。

NZSP固態(tài)電解質(zhì)具有安全性好、適用溫度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，其電導(dǎo)率的高低受到載流子濃度、載流子遷移率、品界濃度和雜質(zhì)相的影響。在NZSP電解質(zhì)中，Na元素易在高溫下?lián)]發(fā)，從而降低了電解質(zhì)中Na的濃度，因此在燒結(jié)過(guò)程中應(yīng)添加過(guò)量的Na原料；另外，晶界濃度過(guò)高會(huì)增大Na遷移時(shí)的阻力；而雜質(zhì)相ZrO₂本身絕緣，雜質(zhì)相的存在會(huì)極大地降低電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率。

提高NZSP固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率有合成工藝改進(jìn)、元素?fù)诫s、界面優(yōu)化三種途徑。

1、合成工藝改進(jìn)

NZSP固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率取決于合成和加工條件，即粉末性質(zhì)、成型參數(shù)、燒結(jié)時(shí)間和燒結(jié)溫度。改善樣品純度、提高鈉離子濃度、控制晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和優(yōu)化燒結(jié)方法等是提高離子電導(dǎo)率的可行途徑。

2、元素?fù)诫s

元素?fù)诫s的目的是為了增大Na⁺通道、降低孔隙率和Na⁺躍遷所需的活化能。據(jù)相關(guān)報(bào)道，Nb、Ta、V等元素可以降低活化能，Y、A1等元素可以降低孔隙率。摻雜過(guò)程中所選的摻雜元素應(yīng)具備兩個(gè)條件：離子半徑相當(dāng)、不能產(chǎn)生第二相。

3、界面優(yōu)化

固態(tài)鈉電池中的界面問(wèn)題主要存在于電解質(zhì)片與電極之間。相較于電解液與電極之間的固相、液相軟接觸，固態(tài)電池的電解質(zhì)與電極之間的剛性接觸造成了固態(tài)電池的離子電導(dǎo)率低。硫化物電解質(zhì)質(zhì)地比氧化物電解質(zhì)柔軟，與電極間有良好的接觸性，這也為界面優(yōu)化提供了參考。目前針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的解決思路包括對(duì)電極材料表面進(jìn)行修飾處理、電極材料納米化以及在界面沉積修飾層或增加柔性緩沖層等。

針對(duì)固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場(chǎng)及產(chǎn)業(yè)等方面的問(wèn)題，中國(guó)粉體網(wǎng)將于2024年9月5-6日在常州舉辦第六屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動(dòng)車、儲(chǔ)能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。屆時(shí)，上海交通大學(xué)湯衛(wèi)平教授將作題為《NASICON結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)研究進(jìn)展》的報(bào)告，報(bào)告將對(duì)湯衛(wèi)平教授課題組所制備的Li₃Zr₂Si₂PO₁₂（NZSP）固態(tài)電解質(zhì)材料的性能及研究進(jìn)展展開詳細(xì)介紹。

專家簡(jiǎn)介：

湯衛(wèi)平，現(xiàn)任上海交通大學(xué)教授，上海前沿新能源電源技術(shù)研究院（民非）院長(zhǎng)，上海軍民兩用技術(shù)促進(jìn)會(huì)副理事長(zhǎng)，全國(guó)固態(tài)離子學(xué)會(huì)、固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事。主要從事固態(tài)離子學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用研究。突出貢獻(xiàn)包括發(fā)明了錳系鋰離子篩材料并應(yīng)用于鹽湖、油井水鹵水提鋰產(chǎn)業(yè)、以及離子交換反應(yīng)制備新型NASICON型鋰固態(tài)電解質(zhì)，并在固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)中得到應(yīng)用。曾任航天811所副總工程師，參與了我國(guó)登月、天宮、等空間飛行器的儲(chǔ)能電源預(yù)研工作。所帶領(lǐng)的空間電源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室致密儲(chǔ)能研發(fā)團(tuán)隊(duì)被國(guó)防郵電工會(huì)命名為“湯衛(wèi)平班組”，是我國(guó)國(guó)防領(lǐng)域的先進(jìn)模范研發(fā)團(tuán)隊(duì)。發(fā)表論文200余篇、專著4部（含合著，翻譯）、申請(qǐng)授權(quán)專利60余項(xiàng)。主持參與國(guó)家和省部級(jí)項(xiàng)目等重大科研項(xiàng)目10余項(xiàng)。

參考來(lái)源：

湯衛(wèi)平等.NASICON結(jié)構(gòu)Na₃Zr₂Si₂PO₁₂固體電解質(zhì)研究進(jìn)展

湯衛(wèi)平等.Na₃Zr₂Si₂PO₁₂固態(tài)電解質(zhì)研究進(jìn)展

上海交通大學(xué)官網(wǎng)等

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