[发明专利]一种改性NASICON型氧化物陶瓷电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性NASICON型氧化物陶瓷电解质，所述改性NASICON型氧化物陶瓷电解质以NASICON型氧化物陶瓷为基体；其中，在NASICON型氧化物陶瓷基体的晶界处均匀分布有无机铁电材料，所述无机铁电材料与NASICON型氧化物陶瓷基体的质量比为0‑5：100。本发明通过将无机铁电材料均匀分布在NASICON型氧化物陶瓷基体的晶界处，制得改性NASICON型氧化物陶瓷电解质，无机铁电材料展现的铁电效应改善了陶瓷电解质与金属电极之间的载流子传输特性，抑制金属枝晶的形核生长及扩展，有效解决了固态电解质离子电导率低，电池循环稳定性差的问题；本发明提供的改性NASICON型氧化物陶瓷电解质主要应用于全固态电池、半或准固态电池中。

技术领域

本发明涉及固态金属电池技术领域，特别是涉及一种改性NASICON型氧化物陶瓷电解质及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源枯竭问题促使太阳能、风能、地热能等可再生清洁能源的不断发展，为此迫切需要发展与之相配套的储能系统。电化学储能系统因转化效率高、维护方便等优点，最具应用推广潜力。自锂离子电池于1991年商业化应用以来，在笔记本电脑、手机、智能穿戴等小型消费类电子产品领域占据主导地位，近年来在动力电池(新能源汽车)和静态储能领域(风能、太阳能)也展现出令人瞩目的潜能。

传统金属离子电池多采用有机液态电解质，在电池服役过程中易出现电极材料腐蚀、电解液挥发甚至自燃等问题。通过添加阻燃剂、开发耐高温隔膜、正负极材料表面修饰、电池结构的优化设计以及冷却系统的改善，可在一定程度上缓解液态电池使用过程中的安全问题，但并不能确保大容量、大功率电池系统安全、高效的长期运行。采用无机固态电解质可以有效排除传统液态有机电解液带来的种种困扰，使电池的安全性更高、循环寿命更长。此外，固态电解质的使用可促进高容量金属电极的使用，进一步提升电池的能量密度。

目前为止，最具前景的陶瓷电解质类型有Na-β-Al₂O₃、钙钛矿结构、Garnet结构和NASICON(sodium super ion conductor，钠超离子导体)结构的氧化物电解质。其中NASICON结构的陶瓷电解质(Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃,Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃,Na_1+xZr₂Si_xP_3-xO₁₂)具有稳定的化学性质、较宽的电化学窗口和相对较高的离子电导率(室温下可达到10^-3S·cm^-1)，但由于其与固态金属电极的界面接触状态复杂，易产生界面接触电阻较大、金属枝晶生长等问题，从而造成所得固态金属电池循环性能不佳。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种改性NASICON型陶瓷电解质及其制备方法和应用。具体内容如下：

第一方面，本发明提供了一种改性NASICON型氧化物陶瓷电解质所述改性NASICON型氧化物陶瓷电解质以NASICON型氧化物陶瓷为基体；其中，在NASICON型氧化物陶瓷基体的晶界处均匀分布有无机铁电材料；所述无机铁电材料与NASICON型氧化物陶瓷基体的质量比为0-5：100。

优选地，所述无机铁电材料的熔点与所述NASICON型氧化物陶瓷基体熔点的差距为0-200℃，所述无机铁电材料包括：