中國粉體網(wǎng)訊  固態(tài)鈉離子電解質(zhì)主要包括硫化物、氧化物[Na-β"-Al₂O₃、鈉超離子導體（NASICON）、鋰超離子導體（LISICON）、鈣鈦礦、反鈣鈦礦和石榴石]兩大類。其中，NASICON材料憑借穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)、高的離子電導率、對水和空氣的穩(wěn)定性、對Na金屬的界面穩(wěn)定性、易于合成、能量密度高和穩(wěn)定的化學性能等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。

NASICON第一次于1976年被Goodenough和Hong報道，是最早被發(fā)現(xiàn)并深入研究的離子導體之一。其化學通式為Na_xM₂（AO₄）₃，其中M為過渡族或主族金屬，AO₄為聚陰離子，是一個膨大的體系。

NASICON結(jié)構(gòu)中MO₆八面體和AO₄四面體通過共享角氧原子形成了有利于離子快速擴散的三維傳輸通道，具有高離子電導能力，同時由于化學和電化學穩(wěn)定性好，成為良好的固態(tài)電解質(zhì)材料。但是，NASICON結(jié)構(gòu)鋰離子固態(tài)電解質(zhì)并不多見，Li_1.4Al_0.4Ti_1.6（PO₄）₃（LATP）是目前正在實用化的NASICON結(jié)構(gòu)鋰離子固態(tài)電解質(zhì)。

最近上海交通大學湯衛(wèi)平教授課題組通過Li⁺/Na⁺離子交換方法得到了Li₃Zr₂Si₂PO₁₂（NZSP）固態(tài)電解質(zhì)材料，這個材料除了3.59mS的離子電導率外，還具有良好的物理化學和電化學穩(wěn)定性。研制的高固NZSP含量NZSP/PVDF復合固態(tài)電解質(zhì)薄膜、及其固態(tài)電池也顯示了良好的性能，并且該材料的實用化驗證正在進一步展開。

NZSP固態(tài)電解質(zhì)具有安全性好、適用溫度高等諸多優(yōu)點，其電導率的高低受到載流子濃度、載流子遷移率、品界濃度和雜質(zhì)相的影響。在NZSP電解質(zhì)中，Na元素易在高溫下?lián)]發(fā)，從而降低了電解質(zhì)中Na的濃度，因此在燒結(jié)過程中應添加過量的Na原料；另外，晶界濃度過高會增大Na遷移時的阻力；而雜質(zhì)相ZrO₂本身絕緣，雜質(zhì)相的存在會極大地降低電解質(zhì)材料的離子電導率。

提高NZSP固態(tài)電解質(zhì)離子電導率有合成工藝改進、元素摻雜、界面優(yōu)化三種途徑。

1、合成工藝改進

NZSP固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率取決于合成和加工條件，即粉末性質(zhì)、成型參數(shù)、燒結(jié)時間和燒結(jié)溫度。改善樣品純度、提高鈉離子濃度、控制晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和優(yōu)化燒結(jié)方法等是提高離子電導率的可行途徑。

2、元素摻雜

元素摻雜的目的是為了增大Na⁺通道、降低孔隙率和Na⁺躍遷所需的活化能。據(jù)相關(guān)報道，Nb、Ta、V等元素可以降低活化能，Y、A1等元素可以降低孔隙率。摻雜過程中所選的摻雜元素應具備兩個條件：離子半徑相當、不能產(chǎn)生第二相。

3、界面優(yōu)化

固態(tài)鈉電池中的界面問題主要存在于電解質(zhì)片與電極之間。相較于電解液與電極之間的固相、液相軟接觸，固態(tài)電池的電解質(zhì)與電極之間的剛性接觸造成了固態(tài)電池的離子電導率低。硫化物電解質(zhì)質(zhì)地比氧化物電解質(zhì)柔軟，與電極間有良好的接觸性，這也為界面優(yōu)化提供了參考。目前針對這個問題的解決思路包括對電極材料表面進行修飾處理、電極材料納米化以及在界面沉積修飾層或增加柔性緩沖層等。

針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于2024年9月5-6日在常州舉辦第六屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動車、儲能、特種應用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時，上海交通大學湯衛(wèi)平教授將作題為《NASICON結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)研究進展》的報告，報告將對湯衛(wèi)平教授課題組所制備的Li₃Zr₂Si₂PO₁₂（NZSP）固態(tài)電解質(zhì)材料的性能及研究進展展開詳細介紹。

專家簡介：

湯衛(wèi)平，現(xiàn)任上海交通大學教授，上海前沿新能源電源技術(shù)研究院（民非）院長，上海軍民兩用技術(shù)促進會副理事長，全國固態(tài)離子學會、固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事。主要從事固態(tài)離子學基礎及其應用研究。突出貢獻包括發(fā)明了錳系鋰離子篩材料并應用于鹽湖、油井水鹵水提鋰產(chǎn)業(yè)、以及離子交換反應制備新型NASICON型鋰固態(tài)電解質(zhì)，并在固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)中得到應用。曾任航天811所副總工程師，參與了我國登月、天宮、等空間飛行器的儲能電源預研工作。所帶領的空間電源國家重點實驗室致密儲能研發(fā)團隊被國防郵電工會命名為“湯衛(wèi)平班組”，是我國國防領域的先進模范研發(fā)團隊。發(fā)表論文200余篇、專著4部（含合著，翻譯）、申請授權(quán)專利60余項。主持參與國家和省部級項目等重大科研項目10余項。

參考來源：

湯衛(wèi)平等.NASICON結(jié)構(gòu)Na₃Zr₂Si₂PO₁₂固體電解質(zhì)研究進展

湯衛(wèi)平等.Na₃Zr₂Si₂PO₁₂固態(tài)電解質(zhì)研究進展

上海交通大學官網(wǎng)等

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）

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