【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种nasicon型快离子导体纳米纤维及其制备方法，属于钠离子电池。
技术介绍
1、与传统液体电解质相比，固态电解质显著提高了钠离子电池的安全性和电化学稳定性，这使其成为下一代高能电池的有前途的替代技术。固态电解质是固态电池中的关键材料，需要满足高离子电导率、高电化学稳定性以及良好的机械强度的要求。常用的固态聚合物电解质（spe）如聚丙烯腈（pan）、聚环氧乙烷（peo）、聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）等固体聚合物电解质由于在室温下离子电导率低且电化学稳定性差，限制了其实际应用。复合聚合物固体电解质由于兼具无机陶瓷和聚合物电解质的优点，被认为是最有前途的固体电解质材料之一。已有相关研究证明，将陶瓷纳米颗粒分散到聚合物基体中可以阻碍聚合物结晶有助于形成高导电界面层，从而有效的增强离子电导率，同时提高电化学稳定性差和机械强度。纳米陶瓷填料具有比较大的比表面积，对于提高离子电导率有显著的作用。但是纳米陶瓷填料颗粒连接处交叉较多，金属离子传输势垒较大，并且纳米颗粒聚集也可能导致离子电导率降低，因为聚集会进一步降低形成离子渗滤的可能性。因此，探索一种简单高效的制备纳米填料的方法是十分有必要的。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种nasicon型快离子导体纳米纤维及其制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
3、一种nasicon型快离子导体纳米纤维的制备方法，所述nasicon型快离子导体的
4、（1）将高分子聚合物加入溶剂中，搅拌溶解并混合均匀，得到聚合物溶液；
5、（2）将锆源、硅源和磷源按化学计量加入所述聚合物溶液中，并加入过量的钠源，搅拌溶解并混合均匀，得到静电纺丝溶液；
6、（3）将所述静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到纺丝纳米纤维膜；
7、（4）将所述纺丝纳米纤维膜在空气中退火煅烧，得到一种nasicon型快离子导体纳米纤维。
8、优选的，步骤（1）中，所述高分子聚合物为聚氧化乙烯（peo）、聚乙烯醇（pva）、聚乙烯吡咯烷酮（pvp）、聚丙烯腈（pan）、聚偏氟乙烯（pvdf）和聚乙烯醇缩丁醛（pvb）中的一种以上。
9、优选的，步骤（1）中，所述高分子聚合物的重均分子量为15万~150万。
10、优选的，步骤（1）中，所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、乙酸和水中的一种以上。
11、优选的，步骤（1）中，所述聚合物溶液的浓度为5wt%~10wt%。
12、优选的，步骤（2）中，所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、硝酸钠和氟化钠中的一种以上；所述锆源为硝酸氧锆、氧氯化锆、二氧化锆、氯化锆和氢氧化锆中的一种以上；所述硅源为二氧化硅、正硅酸四乙酯和正硅酸四甲酯中的一种以上；所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸三铵、五氧化二磷和磷酸中的一种以上。
13、优选的，步骤（2）中，所述静电纺丝溶液中钠源、锆源、硅源和磷源的量以按化学计量比预计生成的钠锆硅磷（nzsp）的浓度计为10wt%~15wt%。
14、优选的，步骤（3）中，静电纺丝时，电压为10kv~20kv，推进速率为0.05ml/h~5ml/h，接收距离为10cm~20cm，温度为25℃±2℃，湿度为45%±5%。
15、优选的，步骤（4）中，退火温度为500℃~1000℃，时间3h~5h。
16、优选的，步骤（4）中，升温速率为1℃/min~5℃/min。
17、本专利技术所述的一种nasicon型快离子导体纳米纤维，通过以上方法制备得到。
18、本专利技术所述的一种nasicon型快离子导体纳米纤维的应用，所述纳米纤维作为无机陶瓷电解质使用。
19、本专利技术所述的一种nasicon型快离子导体纳米纤维的应用，所述纳米纤维与聚合物电解质复合后作为复合电解质使用。
20、有益效果
21、本专利技术提供了一种nasicon型快离子导体纳米纤维的制备方法，通过将钠源、锆源、硅源和磷源溶解在高分子聚合物溶液中，经静电纺丝得到纺丝纤维膜，进而退火后得到所述纳米纤维，制备的纳米纤维厚度均匀，具有良好的柔韧性。进一步地，通过控制纺丝条件可灵活控制纤维膜厚度；此外，三维结构的纳米纤维可以降低nasicon型快离子导体的烧结温度，缩短烧结时间。所述方法操作简便、流程短、能耗低。
22、本专利技术提供了一种nasicon型快离子导体纳米纤维，纤维状陶瓷结构可以构建连续3d离子传道有序通道，提供了长距离的连续离子传输路径从而进一步增强离子电导率。
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1.一种NASICON型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述NASICON型快离子导体的化学式为Na1+xZr2SixP3-xO12，0＜x＜3；方法步骤包括：
2.如权利要求1所述的一种NASICON型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述高分子聚合物为聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯和聚乙烯醇缩丁醛中的一种以上；所述高分子聚合物的重均分子量为15万~150万。
3.如权利要求1或2所述的一种NASICON型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、乙酸和水中的一种以上。
4.如权利要求1或2所述的一种NASICON型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述聚合物溶液的浓度为5wt%~10wt%。
5.如权利要求1所述的一种NASICON型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、硝酸钠和氟化钠
6.如权利要求1所述的一种NASICON型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述静电纺丝溶液中钠源、锆源、硅源和磷源的量以按化学计量比预计生成的钠锆硅磷的浓度计为10wt%~15wt%。
7.如权利要求1所述的一种NASICON型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，静电纺丝时，电压为10kV~20kV，推进速率为0.05mL/h~5mL/h，接收距离为10cm~20cm，温度为25℃±2℃，湿度为45%±5%。
8.如权利要求1所述的一种NASICON型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，退火温度为500℃~1000℃，时间3h~5h；升温速率为1℃/min~5℃/min。
9.一种NASICON型快离子导体纳米纤维，其特征在于：通过权利要求1~8任意一项所述方法制备得到。
10.一种如权利要求9所述的NASICON型快离子导体纳米纤维的应用，其特征在于：所述纳米纤维作为无机陶瓷电解质使用；所述纳米纤维与聚合物电解质复合后作为复合电解质使用。
...【技术特征摘要】
1.一种nasicon型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述nasicon型快离子导体的化学式为na1+xzr2sixp3-xo12，0＜x＜3；方法步骤包括：
2.如权利要求1所述的一种nasicon型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述高分子聚合物为聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯和聚乙烯醇缩丁醛中的一种以上；所述高分子聚合物的重均分子量为15万~150万。
3.如权利要求1或2所述的一种nasicon型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、乙酸和水中的一种以上。
4.如权利要求1或2所述的一种nasicon型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述聚合物溶液的浓度为5wt%~10wt%。
5.如权利要求1所述的一种nasicon型快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、硝酸钠和氟化钠中的一种以上；所述锆源为硝酸氧锆、氧氯化锆、二氧化锆、氯化锆和氢氧化锆中的一种以上；所述硅源为二氧化硅...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成志，苗润青，金海波，李静波，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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