【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電池，具體涉及一種鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、鈉離子固態(tài)電解質(zhì)一般分為硫化物固態(tài)電解質(zhì)、氧化物固態(tài)電解質(zhì)、鹵化物固態(tài)電解質(zhì)以及聚合物固態(tài)電解質(zhì)，其中硫化物固態(tài)電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率，但其電化學(xué)窗口窄，與正極材料兼容性差，水氧敏感度高；氧化物固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)穩(wěn)定性好，但空氣穩(wěn)定性差并且界面相容性不足，同時(shí)加工所需能耗高；聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有界面相容性好的優(yōu)點(diǎn)，但常溫下離子電導(dǎo)率不足，電化學(xué)窗口窄，熱穩(wěn)定性差。
2、相比之下，鹵化物固態(tài)電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率、高界面相容性、高電化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)異力學(xué)性能的特點(diǎn)，但在鈉固態(tài)電池領(lǐng)域中，現(xiàn)有鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和耐高壓性能仍然無法滿足技術(shù)的高速發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本專利技術(shù)的目的在于提供了一種鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，通過在結(jié)構(gòu)中摻入bh4陰離子和o陰離子并調(diào)控?fù)诫s量從而實(shí)現(xiàn)鈉離子傳輸路徑和微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，降低鈉離子遷移活化能，有效提高產(chǎn)品的離子電導(dǎo)率，同時(shí)該產(chǎn)品具有耐氧化性，電化學(xué)穩(wěn)定性高，在應(yīng)用時(shí)可兼容高壓正極材料。
2、為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為：
3、一種鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其化學(xué)分子式如下：
4、na2+2xmo1+x(bh4)yx4-y，其中m為zr、hf、ti、mo中的至少一種，x為鹵素，0≤x≤1，0≤y≤1。
5、本專利技術(shù)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)中在分
6、不過由于兩種陰離子的摻雜同步也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)和成分組成造成影響，如果引入過量，可能會(huì)導(dǎo)致在非晶相外產(chǎn)生大量的nacl和na2o雜質(zhì)，反而致使整個(gè)鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的非晶化程度降低，無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的高離子導(dǎo)電率，因此需要對(duì)其摻雜量進(jìn)行優(yōu)選限定。
7、優(yōu)選地，所述m為zr、hf中的至少一種。
8、采用上述金屬構(gòu)建本專利技術(shù)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)時(shí)，其形成的金屬氧鍵強(qiáng)度更高，并且產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的離子電導(dǎo)率和耐氧化性能。
9、優(yōu)選地，所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)在25～30℃下的離子電導(dǎo)率≥0.1ms·cm-1。
10、優(yōu)選地，所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)為na2+2xzro1+x(bh4)ycl4-y，其中0.25≤x≤2，0.3≤y≤0.5；
11、更優(yōu)選地，所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)為na2+2xzro1+x(bh4)ycl4-y，其中0.375≤x≤0.5，0.3≤y≤0.4。
12、經(jīng)優(yōu)選，當(dāng)選擇上述bh4陰離子和o陰離子的摻雜比例時(shí)，所得到的鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率更高，性能更優(yōu)。同時(shí)以豐度較高且成本較低的zr為中心金屬離子的實(shí)際生產(chǎn)性價(jià)比更高。
13、本專利技術(shù)的另一目的在于提供所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：
14、將制備原料經(jīng)混合、球磨處理后，即得所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。
15、優(yōu)選地，所述制備原料包括鈉源、氧源、nabh4、m源以及鹵源；
16、更優(yōu)選地，所述鈉源和氧源可以為同種，更優(yōu)選地，所述鈉源和氧源為naoh、na2o中的至少一種。
17、更優(yōu)選地，所述m源和鹵源可以為同種，更優(yōu)選地，所述m源和鹵源為金屬m的鹵化物。
18、優(yōu)選地，所述球磨時(shí)的轉(zhuǎn)速≥300rpm，球磨時(shí)間≥1h，球磨時(shí)的球料比為(40～85)：1。
19、更優(yōu)選地，所述球磨時(shí)的轉(zhuǎn)速為300～650rpm，球磨時(shí)間為1～10h，球磨時(shí)的球料比為(75～85)：1。
20、本專利技術(shù)的再一目的在于提供所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的另一制備方法，包括以下步驟：
21、將制備原料混合并在保護(hù)氣氛下加熱熔融處理，冷卻，即得所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。
22、優(yōu)選地，所述制備原料包括nabh4、氧源、m源以及鹵源；
23、更優(yōu)選地，所述m源與氧源及鹵源可以為同種；
24、更優(yōu)選地，所述氧源為金屬m的氧化物，所述鹵源為金屬m的鹵化物。
25、優(yōu)選地，所述加熱熔融時(shí)的溫度為120～500℃，時(shí)間為0.5～20h。
26、本專利技術(shù)的再一目的在于提供所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的再一制備方法，包括以下步驟：
27、將制備原料混合、球磨處理，所得粉末經(jīng)壓片后燒結(jié)處理，即得所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。
28、優(yōu)選地，所述制備原料包括鈉源、氧源、nabh4、m源以及鹵源；
29、更優(yōu)選地，所述鈉源和氧源可以為同種，更優(yōu)選地，所述鈉源和氧源為naoh、na2o中的至少一種。
30、更優(yōu)選地，所述m源和鹵源可以為同種，更優(yōu)選地，所述m源和鹵源為金屬m的鹵化物。
31、優(yōu)選地，所述球磨時(shí)的轉(zhuǎn)速≥300rpm，球磨時(shí)間≥1h，球磨時(shí)的球料比為(40～85)：1。
32、更優(yōu)選地，所述球磨時(shí)的轉(zhuǎn)速為300～650rpm，球磨時(shí)間為1～10h，球磨時(shí)的球料比為(75～85)：1。
33、優(yōu)選地，所述燒結(jié)時(shí)的溫度為150～600℃，時(shí)間為1～100h。
34、需要說明的是，本專利技術(shù)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法包括但并不局限于上述方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的現(xiàn)有制備工藝成熟，除上述工藝外，還可以采用諸如化學(xué)氣相噴霧法、水熱法等常規(guī)合成方法合成產(chǎn)品，還可以以商業(yè)化市售的固態(tài)電解質(zhì)通過摻雜的方式制備得到，只要其化學(xué)成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)符合本專利技術(shù)所述方案的限定，并且可以獲得類似的技術(shù)效果，均可接受。
35、本專利技術(shù)的再一目的在于提供所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)在制備二次電池中的應(yīng)用。
36、本專利技術(shù)的再一目的在于提供一種二次電池，包括本專利技術(shù)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。
37、優(yōu)選地，所述二次電池為全固態(tài)鈉離子二次電池。
38、本專利技術(shù)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)通過摻雜特定陰離子從而調(diào)控鈉離子在結(jié)構(gòu)中的位點(diǎn)以及傳輸路徑，有效提升了離子電導(dǎo)率，在常溫狀態(tài)下可達(dá)到最高0.35ms·cm-1。同時(shí)該產(chǎn)品具有理想的高耐氧化電位以及界面相容性，界面電阻小，界面副反應(yīng)程度低，當(dāng)應(yīng)用在二次電池尤其是全固態(tài)鈉離子二次電池中時(shí)，可展現(xiàn)出高安全性、高循環(huán)穩(wěn)定性的優(yōu)異電化學(xué)性能，該二次電池可在諸如太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、智能電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、后備電源或通信基站的大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)備中作為供本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，其化學(xué)分子式如下：
2.如權(quán)利要求1所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述M為Zr、Hf中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)在25～30℃下的離子電導(dǎo)率≥0.1mS·cm-1。
4.如權(quán)利要求2所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)為Na2+2xZrO1+x(BH4)yCl4-y，其中0.25≤x≤2，0.3≤y≤0.5。
5.如權(quán)利要求4所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)為Na2+2xZrO1+x(BH4)yCl4-y，其中0.375≤x≤0.5，0.3≤y≤0.4。
6.如權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.如權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.如權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包
9.如權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)在制備二次電池中的應(yīng)用。
10.一種二次電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)；優(yōu)選地，所述二次電池為全固態(tài)鈉離子二次電池。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，其化學(xué)分子式如下：
2.如權(quán)利要求1所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述m為zr、hf中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)在25～30℃下的離子電導(dǎo)率≥0.1ms·cm-1。
4.如權(quán)利要求2所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)為na2+2xzro1+x(bh4)ycl4-y，其中0.25≤x≤2，0.3≤y≤0.5。
5.如權(quán)利要求4所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述鈉離子鹵化物固態(tài)電解質(zhì)為na2+2xzro1+...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：錢藝華，趙耀洪，徐凱琪，王青，李智，彭磊，吳思遠(yuǎn)，章志珍，丁雅琴，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。