钠反钙钛矿固体电解质组合物制造技术

本文中提供的富Na电解质组合物可用于各种装置，例如钠离子电池、电容器和其它电化学装置中。本文中提供的富Na电解质组合物可具有化学式Na

Sodium reverse perovskite solid electrolyte composition

The rich Na electrolyte composition provided in this article can be used in a variety of devices, such as sodium ion batteries, capacitors, and other electrochemical devices. The rich Na electrolyte composition provided in this paper may have a chemical formula Na

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钠反钙钛矿固体电解质组合物关于联邦权利的声明本专利技术是内华达拉斯维加斯大学(UNLV)和北京大学(PKU)之间学术合作的结果。UNLV和PKU教授和博士后的共同努力是成功的关键。
本专利技术总体上涉及采用富Na反钙钛矿(anti-perovskite)组合物的固体电解质组合物和装置例如钠电池和电容器。本专利技术还涉及用于钠电池和电容器应用的富Na反钙钛矿组合物的合成方法和加工方法。
技术介绍
具有无机固态电解质的电池具有许多优点，例如安全性和循环效率提高。所有固态钠离子电池被认为有希望用于下一代车辆和大规模储能。现有的用于钠电池的固体电解质是NASICON型陶瓷和硫化物。然而，它们遭受若干缺点例如差的机械加工性、高成本和易燃性。
技术实现思路
本文中提供的固体电解质组合物可包括钠电解质组合物，例如富Na反钙钛矿(NaRAP)材料。NaRAP材料具有有利的结构柔性，这可允许各种化学操作技术。NaRAP材料可具有提高的钠传输速率，这可提高离子传导性。在一些情况下，本文中提供的固体电解质组合物可提高离子传导性到超离子水平。本文中提供的固体电解质组合物可用于可再充电电池以生产更经济的可再充电电池。本文中提供的固体电解质组合物可利用任何合适的合成方法制成并利用任何合适的加工方法加工成合适的构型。本文中提供的某些合成方法和加工方法可获得具有精确控制的组成的在集成装置中具有优化的性能的高纯度相。本文中提供的某些合成方法和加工方法可以是经济有效的。本文中提供的固体电解质组合物可包含至少10原子％的钠。在一些情况下，本文中提供的NaRAP材料具有至少20原子％的钠。在一些情况下，本文中提供的NaRAP材料具有至少30原子％的钠。在一些情况下，本文中提供的NaRAP材料具有至少40原子％的钠。在一些情况下，本文中提供的NaRAP材料具有40原子％和60原子％之间的钠。在一些情况下，本文中提供的NaRAP材料具有50原子％和60原子％之间的钠。本文中提供的固体电解质组合物可包括NaRAP组合物，所述NaRAP组合物具有式Na3OX、Na3SX、Na(3-δ)Mδ/2OX和/或Na(3-δ)Mδ/2SX，其中0<δ<0.8，其中X是选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、H-、CN-、BF4-、BH4-、ClO4-、CH3-、NO2-、NH2-及其混合物中的单价阴离子，并且其中M是选自镁、钙、钡、锶及其混合物中的二价金属。本文中提供的电化学装置可包含NaRAP组合物，所述NaRAP组合物具有化学式Na3OX、Na3SX、Na(3-δ)Mδ/2OX和/或Na(3-δ)Mδ/2SX，其中0<δ<0.8，其中X是选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、H-、CN-、BF4-、BH4-、ClO4-、CH3-、NO2-、NH2-及其混合物中的单价阴离子，并且其中M是选自镁、钙、钡、锶及其混合物中的二价金属。在一些情况下，本文中提供的固体电解质组合物可具有式Na(3-δ)Mδ/3OX和/或Na(3-δ)Mδ/3SX；其中0<δ<0.5，其中M是三价阳离子M+3(Al3+，Ga3+，In3+，Sc3+)并且其中X是选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、H-、CN-、BF4-、BH4-、ClO4-、CH3-、NO2-、NH2-及其混合物中的单价阴离子。本文中提供的合成和加工方法可产生细粉、单晶和膜形式的富Na反钙钛矿固体电解质组合物。应该理解，根据本公开内容的装置可以包含许多形式的所公开的组合物，例如作为膜、作为单晶片、作为痕量、或作为其它合适的结构。所公开的材料可以布置(例如，经由旋涂、脉冲激光沉积、平版印刷、或本领域普通技术人员已知的其它沉积方法)到装置的基底或其它部分。可以使用掩模、模板、和其它物理或化学沉积技术以便产生具有特定形状或构型的结构。在一些情况下，本文中提供的固体电解质组合物可以是膜的形式。在一些情况下，本文中提供的固体电解质膜的厚度可以在约0.1微米至约1000微米之间。在一些情况下，本文中提供的固体电解质膜的厚度可具有约10微米至约20微米的厚度。在一些情况下，本文中提供的包含固体电解质组合物的膜和非膜结构可具有0.1微米至约1000微米之间、1微米和100微米之间、5微米和50微米之间、或10微米和20微米之间的厚度。例如，本文中提供的装置(例如电池)可包括正极、负极、厚度在约10微米和约20微米之间的电解质膜。在一些情况下，本文中提供的装置可包括保护层。在一些情况下，在本文中提供的装置上的保护层可用于遮蔽或以别的方式保护所述装置的组件，包括所述电解质。例如，合适的保护层可包括绝缘基底、半导体基底、和甚至导电基底。在本文中提供的装置上的保护层可包括合适的材料，例如SiO2。附图说明所述
技术实现思路
以及以下的详细说明，当结合附图解读时，得到进一步理解。为了例示所公开的技术的目的，在图中显示了示例性的实施方式；然而，本公开内容不限于所公开的具体的方法、组合物和装置。另外，所述图不一定按尺度或比例绘制。在所述绘图中：图1是Na3OX的代表性的反钙钛矿结构图(X＝F-、Cl-、Br-、I-、H-,CN-、BF4-、BH4-、ClO4-、CH3-、NO2-、NH2-等)，图示了Na+的3-维扩散途径。J1和J2分别是沿着[101]和[100]方向的两个最短的Na-Na距离。[ONa6]或[SNa6]八面体是反钙钛矿结构的基本构造单元。图2从上到下描绘了Na3OCl1-xBrx(x＝[0-1])、Na3Br1-xIx(x＝[0-0.5])和二价Ca2+、Sr2+掺杂样品的整个固溶体的粉末XRD图谱。Na3OCl的衍射峰在空间群Pm-3m中指标化，星号指示少量的NaCl或NaBr杂质(<5％mol)。图3描绘了反钙钛矿Na3OX(X＝Cl，Br，I)固溶体中代表性的差示扫描量热(DSC)曲线显示所述富Na反钙钛矿家族具有低熔点，允许容易的热加工。观察的热力学事件(熔融，结晶，成核，可能的A位点排序和无序化)因此是明显的。图4描绘了NaRAP的阻抗谱奈奎斯特(Nyquist)图。卤素混合的Na3OBr0.6I0.4和Sr-掺杂的Na2.9Sr0.05OBr0.6I0.4在不同温度下测量的实和虚分量。图5描绘了纯Na3OCl、Na3OBr、卤素混合的Na3OBr0.6I0.4和碱土金属离子掺杂的Na2.9Sr0.05OBr0.6I0.4反钙钛矿的log(ó)对1/T的阿伦尼乌斯图(arrheniusplots)。活化能Ea通过以下线性拟合的斜率导出：ln(óT)＝-Ea/kT。具体实施方式本文中提供的富Na电解质组合物可用于各种装置(例如，电池)。在一些情况下，钠电池可包括本文中提供的富Na电解质组合物，其与其它电解质组合物相比可提供提高的钠传输速率。在一些情况下，本文中提供的固体电解质组合物包括具有式Na3OCl的材料。在一些情况下，本文中提供的固体电解质组合物可包括一种或多种如下的材料，所述材料具有通式Na3OX、Na3SX、Na(3-δ)Mδ/2OX和/或Na(3-δ)Mδ/2SX，其中X是选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、H-、CN-、BF4-、BH4-、ClO4-、CH3-、NO2-、NH2-及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体电解质组合物，其包含具有式Na

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固体电解质组合物，其包含具有式Na3OX、Na3SX或其组合的材料。2.权利要求1所述的固体电解质组合物，其中X是选自如下的卤素离子：氟离子、氯离子、溴离子、碘离子及其混合物。3.权利要求1或权利要求2所述的固体电解质组合物，其中X是单价阴离子H-、CN-、BF4-、BH4-、ClO4-、CH3-、NO2-、NH2-及其混合物。4.一种固体电解质组合物，其包含具有式Na(3-δ)Mδ/2OX、Na(3-δ)Mδ/2SX或其组合的材料。5.权利要求4所述的固体电解质组合物，其中0<δ<0.8。6.权利要求4或权利要求5中的任一项所述的固体电解质组合物，其中X是选自如下的卤素离子：氟离子、氯离子、溴离子、碘离子及其混合物。7.权利要求4-6中的任一项所述的固体电解质组合物，其中M选自镁、钙、锶、钡、锌及其混合物。8.权利要求4-7中的任一项所述的固体电解质组合物，其中X是单价阴离子H-、CN-、BF4-、BH4-、ClO4-、CH3-、NO2-、NH2-及其混合物。9.一种固体电解质组合物，其包含具有式Na(3-δ)Mδ/3OX、Na(3-δ)Mδ/3SX或其组合的材料。10.权利要求9所述的固体电解质组合物，其中0<δ<0.8。11.权利要求9或权利要求10所述的固体电解质组合物，其中X是选自如下的卤素离子：氟离子、氯离子、溴离子、碘离子及其混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雨生，王咏刚，邹如强，
申请(专利权)人：内华达高等教育系统董事会代表拉斯维加斯内华达大学，
类型：发明
国别省市：美国,US