【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料及其制备和应用方法。
技术介绍
1、电池在各种应用中都是必不可少的，包括消费电子、交通运输和间歇性可再生能源产生的电力存储，固态电解质可以抑制电解液中常见的各种副反应和降低安全风险。开发适合的钠离子电池固态电解质材料成为钠离子电池大规模应用的前提和关键。
2、目前，无机固态电解质方研究方向主要分为β-al2o3型固态电解质、硫化物固态电解质和nasicon型固态电解质。β-al2o3型固态电解质具有二维平面层状结构，并且较大的晶胞体积有利于na+迁移，但它较高的制备温度难以大规模的应用。硫化物固态电解质相较于氧化物电解质而言，具有更高离子电导率的优势，由于硫化物材料的特性，在电化学稳定性方面有所欠缺。nasicon型固态电解质具有三维导电结构，稳定的离子通道增强了离子电导率，并且有高热稳定性、化学稳定性及热膨胀小等优点，是一种极具潜力的钠离子电池固态电解质材料。
3、专利申请cn117088377a一种氧氯化物固态电解质材料、制备方法及其应用，以卤素氯离子对钠锆硅磷氧进行掺杂改性，以氯离子取代阳离子，从而达到提升离子电导率的效果，但是卤元素氯离子的原料在烧结过程中有氯气的产生，对环境造成一定的影响；专利申请cn 108933282a 是一种nasicon结构钠离子固体电解质、其制备方法中，材料的化学通式为:na1+2a+b-d+e+f[zr2-a-b-c-daⅱaaⅲbaⅳc aⅴd]sie[p3-e-fbⅳf]o12固态电解质材料, 主要是以
4、另外，全固态钠电池产业化存在着材料性能不佳和工艺技术欠缺等问题，半固态电池成为固态电池向前发展的重要过渡环节。
技术实现思路
1、本专利技术希望提供一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料及其制备和应用方法，具体方案如下：
2、一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料，结构式如下：na1+x+yalxti2-xsiyp3-yo12；0≤x＜2，0≤y＜3。
3、一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的制备方法，包括如下步骤：
4、（1）将钠源、铝源、硅源、钛源、磷源称取原料，进行混合处理；
5、（2）在称取好的钠源、铝源配料中加入去离子水搅拌为透明溶液，将硅源、钛源加入无水乙醇中混合均匀，将两次溶液混合加入磷源，得到凝胶溶液；
6、（3）然后对混合均匀的凝胶溶液进行干燥，通过固相球磨得到前驱体粉体；
7、（4）将上述前驱体粉体进行固相反应烧结处理；
8、（5）将固化处理后的粉体，进行球磨处理，然后进行过筛处理，得到na1+x+yalxti2-xsiyp3-yo12固态电解质粉体。
9、所述步骤（1）中钠源为na2co3、nano3和nahco3的任意一种；所述步骤（1）中铝源为al2o3、al2(so4)3、al(no3)3‧9h2o任意一种；所述步骤（1）中磷源为nh4h2po4、(nh4)2hpo4、nah2po4·2h2o的任意一种；所述步骤（1）中钛源为tio2、ti(c4h9o)4的任意一种；所述步骤（1）中硅源为sio2、si(c2h5o)4的任意一种。
10、所述步骤（1）中钠源、铝源、钛源、硅源、磷源的化学计量比为1.5：0.3：1.7：0.2：2.8。
11、所述步骤（3）中干燥温度为60~80℃，干燥时间12~14h，球磨的转速为400~600 r/min，球料比为（2~4）：1，转速时间为6~8 h。
12、所述步骤（4）中煅烧温度为950~1100℃，升温速率为2℃/min~5℃/min。
13、一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的应用方法，包括如下步骤：
14、（1）制备na1+x+yalxti2-xsiyp3-yo12陶瓷片；
15、（2）正极片的制备：将镍铁锰酸钠、乙炔黑和pvdf进行混合，加入n-甲基吡咯烷酮进行匀浆，浇铸到铝箔上涂布并真空干燥，干燥后裁剪成极片；
16、（3）电池组装：以负极壳、钠片、na1+x+yalxti2-xsiyp3-yo12陶瓷片、10%电解液、正极片、垫片、弹片和正极壳的顺序进行组装电池。
17、所述步骤（1）的具体步骤如下：将na1+x+yalxti2-xsiyp3-yo12固态电解质粉体压成圆片，将圆片在马弗炉中进行烧结。
18、烧结温度为800-1000℃，烧结时间6-10h，且烧结中铺一层na1+x+yalxti2-xsiyp3-yo12固态电解质粉体。
19、本专利技术在材料的稳定性、制备工艺和离子电导率方面进行了完善。离子电导率的提升方面，主要是晶界阻抗和体阻抗的降低。晶界阻抗的降低可能是由于加入si和al后电解质材料的密度增加，这有利于nastp的烧结。体阻抗的减小主要是由于晶体结构中钠离子浓度与钠空位浓度之比发生变化，有利于钠离子的输运。na1+x+yalxti2-xsiyp3-yo12固体电解质，它具有菱形晶体结构，具有tio6八面体和po4四面体。为了进一步提高离子电导率，通常进行元素取代，铝和硅的掺杂有利于锂离子在这些位置间的移动，因为这些位置在固相中包含了更高浓度的钠离子，此外，非金属硅的掺杂可以改善玻璃和熔体的物理化学性质，如热稳定性和流动性。
20、本专利技术提供了一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料制备方法及半固态电池应用，采用通过al部分取代ti、si取代的p位点，改变na+通道和致密度的策略，用以改善和提升离子电导率。并将其运用到半固态电池中。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料，其特征在于，结构式如下：Na1+x+yAlxTi2-xSiyP3-yO12；0≤x＜2，0≤y＜3。
2.一种如权利要求1所述的钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中钠源为Na2CO3、NaNO3和NaHCO3的任意一种；所述步骤（1）中铝源为Al2O3、Al2(SO4)3、Al(NO3)3‧9H2O任意一种；所述步骤（1）中磷源为NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、NaH2PO4·2H2O的任意一种；所述步骤（1）中钛源为TiO2、Ti(C4H9O)4的任意一种；所述步骤（1）中硅源为SiO2、Si(C2H5O)4的任意一种。
4.如权利要求2所述的一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中钠源、铝源、钛源、硅源、磷源的化学计量比为1.5：0.3：1.7：0.2：2.8。
5.如权利要求2所述的一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的制备方法，其特征在于
6.如权利要求2所述的一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中煅烧温度为950~1100℃，升温速率为2℃/min~5℃/min。
7.一种如权利要求1所述的钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.如权利要求1所述的一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的应用方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体步骤如下：将Na1+x+yAlxTi2-xSiyP3-yO12固态电解质粉体压成圆片，将圆片在马弗炉中进行烧结。
9.如权利要求8所述的一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的应用方法，其特征在于：烧结温度为800-1000℃，烧结时间6-10h，且烧结中铺一层Na1+x+yAlxTi2-xSiyP3-yO12固态电解质粉体。
...【技术特征摘要】
1.一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料，其特征在于，结构式如下：na1+x+yalxti2-xsiyp3-yo12；0≤x＜2，0≤y＜3。
2.一种如权利要求1所述的钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中钠源为na2co3、nano3和nahco3的任意一种；所述步骤（1）中铝源为al2o3、al2(so4)3、al(no3)3‧9h2o任意一种；所述步骤（1）中磷源为nh4h2po4、(nh4)2hpo4、nah2po4·2h2o的任意一种；所述步骤（1）中钛源为tio2、ti(c4h9o)4的任意一种；所述步骤（1）中硅源为sio2、si(c2h5o)4的任意一种。
4.如权利要求2所述的一种钠铝硅钛磷氧固态电解质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中钠源、铝源、钛源、硅源、磷源的化学计量比为1.5：0.3：1.7：0.2：2.8。
5.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：付茹，曹栋强，方明，潘佳喆，陈家栋，徐国利，张冷培，
申请(专利权)人：乐普钠电新材料六安有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。