【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池固态电解质，涉及一种复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4，具体设计一种新型复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4的制备方法及其电化学性能。
技术介绍
1、随着化石燃料带来的环境问题日益增加，全球能源转型迫在眉睫，开发先进的储能系统是推动能源系统改革的重要技术手段之一。在过去的几十年里，具有长循环寿命的锂离子电池已成功应用于便携式电子产品和电动汽车。然而，由于锂储量有限且成本较高，因此开发成本更低、资源更丰富的电池技术至关重要。
2、钠离子电池凭借其原料储量丰富，成本低廉，同时还具有类似锂离子电池的电化学存储机制，被广泛认为是锂电池的潜在替代品。目前基于含有碳酸酯类和醚类等有机溶剂的钠离子液体电解质通常存在几个常见的缺点，包括易燃烧、易泄漏和窄的电化学窗口等。与之相反，固态电解质凭借其高能量密度和高安全性在大规模应用中显示出更大的潜力，被认为是下一代储能设备中的理想材料。
3、nasicon型na3zr2si2po12(nzsp)是一种被广泛研究的钠离子固态电解质。nzsp最早是由hong和goodenough等人发现，具有较高的离子电导率、宽的电化学窗口、突出的机械性能和良好的空气稳定性等特点，被认为是最有前途的钠离子固态电解质之一。然而，nzsp/na金属负极之间严峻的界面问题以及循环过程中无规则的枝晶生长问题是限制nzsp基全固态钠金属电池稳定循环的两大因素。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技
2、需要说明的是，传统单相的nzsp固态电解质存在高界面电阻、低烧结密度和差循环稳定性等问题。为了解决这些问题，本专利技术制备了一种新型复合固态电解质nzsp/na3po4，其在制备过程中原位生成的第二相na3po4对nzsp/na负极界面的化学行为起到调控作用，以及在循环过程中抑制了枝晶生长。
3、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
4、一种复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
5、1)按照比例分别称取原料sio2、zro2、nh4h2po4和na2co3，随后加入无水乙醇球磨后干燥；
6、2)待步骤1)干燥后经研磨得到粉末，随后经焙烧得到块状nzsp；
7、3)将所述块状nzsp磨至无颗粒感后加入无水乙醇球磨，经干燥、研磨后压片得到固态电解质片；
8、4)在每一层所述固态电解质片之间铺固态电解质母粉，经焙烧得到所述复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4。
9、可选地，所述原料sio2、zro2、nh4h2po4和na2co3的摩尔比为1:1:0.6:0.9～1:1:0.8:1.2；
10、进一步地，步骤1)中，所述球磨操作：加入40颗10mm的二氧化锆磨球与40颗5mm的二氧化锆磨球，再加入无水乙醇作为液相球助剂，以200-400rad/min球磨20-30h。
11、可选地，步骤2)中，所述焙烧操作：用程序升温法进行预热，先600℃恒温4h，再升温到1150℃恒温4h。
12、可选地，步骤3)中，所述球磨操作：加入60颗5mm的二氧化锆磨球，再加入无水乙醇为液相球磨助剂，以350-550rad/min球磨1-3h。
13、进一步地，所述的压片操作：经得到的nzsp粉末进行压片，先用单轴压机以5-7tons压力静置40-80s，随后进行冷等静压，压力为150-250mpa，静置6-8min。
14、可选地，步骤4)中，所述焙烧操作：转移至马弗炉中进行程序升温，加热至1200℃恒温6h。
15、本专利技术的第二个目的是提供一种如上所述方法制备的复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4。
16、本专利技术的第三个目的是提供一种如上所述方法制备的复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4在离子电池中的应用。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、1)本专利技术合成了一种新型复合固态电解质nzsp/na3po4，能够解决传统nzsp固态电解质的高界面电阻、差循环稳定性和低烧结密度等问题。相比于传统单相的nzsp固态电解质，这种新型复合固态电解质nzsp/na3po4改善了界面处的钠润湿性，降低了界面电阻以及提高了烧结密度，为钠离子固态电解质的设计改性工作提供了一种全新的思路和方法。
19、2)本专利技术通过探索不同比例的钠源(na2co3)与磷源(nh4h2po4)用量，在固态电解质的合成过程中原位生成不同含量的na3po4二次相，进而筛选出了具有最佳性能的新型复合固态电解质nzsp-40np，在该最优比例下，固态电解质与钠负极之间的界面相容性得到了改善，烧结密度得到提高并且在循环过程中枝晶的生长也被抑制。这一专利技术为合成优质的钠离子固态电解质提供了一种全新的思路和方法，为未来新型复合固态电解质nzsp/na3po4的广泛应用奠定了基础。
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1.一种复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4的制备方法，其特征在于，所述原料SiO2、ZrO2、NH4H2PO4和Na2CO3的摩尔比为1:1:0.6:0.9～1:1:0.8:1.2。
3.根据权利要求1或2所述的复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述球磨操作：加入40颗10mm的二氧化锆磨球与40颗5mm的二氧化锆磨球，再加入无水乙醇作为液相球助剂，以200-400rad/min球磨20-30h。
4.根据权利要求1所述的复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述焙烧操作：用程序升温法进行预热，先600℃恒温4h，再升温到1150℃恒温4h。
5.根据权利要求1所述的复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述球磨操作：加入60颗
6.根据权利要求1或5所述的复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4的制备方法，其特征在于，所述的压片操作：经得到的NZSP粉末进行压片，先用单轴压机以5-7tons压力静置40-80s，随后进行冷等静压，压力为150-250Mpa，静置6-8min。
7.根据权利要求1所述的复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述焙烧操作：转移至马弗炉中进行程序升温，加热至1200℃恒温6h。
8.一种如权利要求1所述方法制备的复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4。
9.一种如权利要求1所述方法制备的复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4或如权利要求8所述的复合固态电解质Na3Zr2Si2PO12/Na3PO4在钠离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4的制备方法，其特征在于，所述原料sio2、zro2、nh4h2po4和na2co3的摩尔比为1:1:0.6:0.9～1:1:0.8:1.2。
3.根据权利要求1或2所述的复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述球磨操作：加入40颗10mm的二氧化锆磨球与40颗5mm的二氧化锆磨球，再加入无水乙醇作为液相球助剂，以200-400rad/min球磨20-30h。
4.根据权利要求1所述的复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述焙烧操作：用程序升温法进行预热，先600℃恒温4h，再升温到1150℃恒温4h。
5.根据权利要求1所述的复合固态电解质na3zr2si2po12/na3po4...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄子桐，张永钰，向乐，詹孝文，朱凌云，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：
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