一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术适用于钠离子电池技术领域，提供了一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷及其制备方法，包括以下步骤：将无水碳酸钠、二氧化锆、二氧化硅和磷酸二氢铵按计量比称重，球磨后干燥得到样品，将样品置于坩埚内，预烧后再次球磨干燥得到混合粉末A；将混合粉末A压制成胚料，随后进行成相烧结，冷却后得到前驱体B；将所得前驱体B碾碎后与NaF混合，研磨得到粉末C；将所得粉末C压制成胚料，进行成瓷烧结，冷却后得到NaF界面铆钉的高致密度Na3Zr2Si2PO

【技术实现步骤摘要】
一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，尤其涉及一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]一直以来锂离子电池都是电子产品和电动汽车不可或缺的动力，然而锂资源储量较低，随着世界经济的快速发展，锂资源成为紧俏和重要的战略物资。此外，传统的锂离子电池中使用的液体电解质具有高度易燃和反应的特点，不仅影响电池性能，还容易引起电池燃烧和爆炸等危及生命的安全问题。
[0003]钠在地壳中的具有高的丰度，其广泛可用性和均匀分布，以及所表现出与锂相似的化学性质，引起了储能技术研究者的广泛关注。金属Na具有较低的还原电位(
‑
2.7V相对于标准氢电极)和相当高的理论比容量(1166mAh g
‑1)。因此，充分利用金属钠作为阳极，可以明显地提高电池的能量密度。此外，固态电解质具有高离子电导率、低锂离子扩散阻抗、良好化学相容性和优越电化学稳定性，有利于开发安全高能全固态电池，成为研究的热点。NASICON是一类重要的钠超离子导体，其一般通式可以写成Na
1+x
Zr2Si
x
P3‑
x
O
12
(0≤x≤3)。当x＝2时，Na3Zr2Si2PO
12
可拥有最高的离子电导率(量级为10
‑4S cm
‑1)，可作为固态电解质用于固态金属钠电池。尽管Na3Zr2Si2PO
12
具有高的机械强度，良好的化学稳定性，良好的电化学稳定窗口等，然而利用传统的高温固相反应法制备Na3Zr2Si2PO
12
固态电解质时，烧结温度通常在1200℃以上。同时还面临Na3Zr2Si2PO
12
固态电解质致密度不高，过高的烧结温度使钠挥发，产生二氧化锆杂相，降低固态电解质的离子电导率等技术瓶颈。为此我们提出一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷及其制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷及其制备方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：将无水碳酸钠、二氧化锆、二氧化硅和磷酸二氢铵按计量比称重，球磨后干燥得到样品，然后将样品置于坩埚内，预烧后再次球磨干燥得到混合粉末A；
[0008]步骤S2：将混合粉末A压制成胚料，随后进行成相烧结，冷却后得到前驱体B；
[0009]步骤S3：将所得前驱体B碾碎后与NaF混合，研磨得到粉末C；
[0010]步骤S4：将所得粉末C压制成胚料，进行成瓷烧结，冷却后得到NaF界面铆钉的高致密度Na3Zr2Si2PO
12
固态电解质陶瓷。
[0011]进一步的，所述步骤S1中，二氧化锆为纳米级二氧化锆，二氧化硅为纳米级二氧化硅。
[0012]进一步的，所述步骤S1中，采用湿法球磨的方式进行一次球磨和二次球磨，球料比
为7
‑
9:1，转速不低于240rpm，球磨时间为6
‑
12h。
[0013]进一步的，所述步骤S1中，预烧温度为600
‑
800℃，预烧时间为4
‑
8h。
[0014]进一步的，所述步骤S2中，成相烧结的温度为1000
‑
1100℃，时间为10
‑
20h。
[0015]进一步的，所述步骤S3中，NaF的添加量占前驱体B总质量的1
‑
7wt％。
[0016]进一步的，所述步骤S4中，成瓷烧结的温度为1025
‑
1100℃，时间为4
‑
8h。
[0017]一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷的制备方法制得的NaF界面铆钉的高致密度Na3Zr2Si2PO
12
固态电解质陶瓷。
[0018]进一步的，NaF界面铆钉的高致密度Na3Zr2Si2PO
12
固态电解质陶瓷的相对密度不低于95％，离子电导率高于3
×
10
‑4S cm
‑1。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术采用NaF界面铆钉的方法，降低了烧结温度和时间，促进了Na3Zr2Si2PO
12
固态电解质致密化，提高了固态电解质的离子电导率；与传统的Na3Zr2Si2PO
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固态电解质制备工艺相比，本方法将成瓷烧结温度降低到低于1100℃，所得陶瓷片的密度不低于95％，离子电导率高于3
×
10
‑4S cm
‑1。
附图说明
[0021]图1为实施例1、实施例2、实施例3和对比实施例1中固态电解质陶瓷的X射线衍射(XRD)图。
[0022]图2为实施例1、实施例2、实施例3和对比实施例1中固态电解质陶瓷片截面的扫描电镜(SEM)图。
[0023]图3为实施例1、实施例2、实施例3和对比实施例1中固态电解质陶瓷片的室温电化学阻抗(EIS)图。
[0024]图4为实施例2中NZSP+3wt％NaF固态电解质在1050℃烧结下截面的能量色散谱仪(EDS)图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0027]本专利技术一个实施例提供的一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0028]步骤S1：将无水碳酸钠、二氧化锆、二氧化硅和磷酸二氢铵按计量比称重，球磨后干燥得到样品，然后将样品置于坩埚内，预烧后再次球磨干燥得到混合粉末A；
[0029]步骤S2：将混合粉末A压制成胚料，随后进行成相烧结，冷却后得到前驱体B；
[0030]步骤S3：将所得前驱体B碾碎后与NaF混合，研磨得到粉末C；
[0031]步骤S4：将所得粉末C压制成胚料，进行成瓷烧结，冷却后得到NaF界面铆钉的高致密度Na3Zr2Si2PO
12
固态电解质陶瓷。
[0032]在本专利技术实施例中，本专利技术通过在成瓷烧结前，将一定比例的NaF与成相烧结后的
粉末进行充分混合。较低熔点NaF(993℃)的加入，铆钉在颗粒界面，降低了烧结温度和时间，促进了Na3Zr2Si2PO
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固态电解质致密化，提高了固态电解质的离子电导率。
[0033]作为本专利技术的一种优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将无水碳酸钠、二氧化锆、二氧化硅和磷酸二氢铵按计量比称重，球磨后干燥得到样品，然后将样品置于坩埚内，预烧后再次球磨干燥得到混合粉末A；步骤S2：将混合粉末A压制成胚料，随后进行成相烧结，冷却后得到前驱体B；步骤S3：将所得前驱体B碾碎后与NaF混合，研磨得到粉末C；步骤S4：将所得粉末C压制成胚料，进行成瓷烧结，冷却后得到NaF界面铆钉的高致密度Na3Zr2Si2PO
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固态电解质陶瓷。2.根据权利要求1所述的NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，二氧化锆为纳米级二氧化锆，二氧化硅为纳米级二氧化硅。3.根据权利要求1所述的NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用湿法球磨的方式进行一次球磨和二次球磨，球料比为7
‑
9:1，转速不低于240rpm，球磨时间为6
‑
12h。4.根据权利要求1所述的NaF界面铆钉的高致密度固态电解质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，预烧温度为600
‑
800℃，预烧时间为4
‑
8h。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉萍，刘威，李广社，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：