[发明专利]一种过渡金属离子与Eu3+

说明书

本发明公开了一种过渡金属离子与Eusupgt;3+/supgt;共掺杂型Na‑β(β″)‑Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;固体电解质陶瓷材料，在化学式ⅠNasubgt;1.67/subgt;Lisubgt;0.33/subgt;Alsubgt;10.67/subgt;Osubgt;17/subgt;的基础上，引入过渡金属离子M和Eusupgt;3+/supgt;；M为Mnsupgt;2+/supgt;、Cosupgt;2+/supgt;、Nisupgt;2+/supgt;、Znsupgt;2+/supgt;、Cusupgt;2+/supgt;离子中的一种，其引入量按照摩尔比为Alsupgt;3+/supgt;∶M＝50～150∶1；Eusupgt;3+/supgt;的引入量按照摩尔比为Alsupgt;3+/supgt;∶Eusupgt;3+/supgt;＝300～800∶1；M离子和Eusupgt;3+/supgt;掺杂进入陶瓷晶格代替Alsupgt;3+/supgt;。此外，还公开了上述固体电解质陶瓷材料的制备方法。本发明在引入Lisupgt;+/supgt;稳定β″‑Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;相结构的基础上，过渡金属离子和Eusupgt;3+/supgt;的掺杂均能降低烧结温度，减少Nasupgt;+/supgt;的挥发，同时抑制β‑Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;晶相向β‑Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;晶相的转变而得到β″‑Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;纯相，从而增强了Na‑β(β)‑Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;固体电解质的电学性能，进而有利于促进钠硫电池生产技术的进步和发展。

技术领域

本发明涉及固体电解质陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种在1550℃以上高温烧结、具有高Na⁺电导率的固体电解质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

钠硫电池具有储能密度大、效率高、运行费用低、维护较容易、不污染环境、使用寿命长等优点，特别适合做削峰填谷的储能电池，1992年开始商用至今已30年。

Na-β(β)-Al₂O₃不仅是钠硫电池的电解质材料，同时还是钠硫电池的选择性透过膜，是钠硫电池的重要组成部分，电池的性能很大程度上依赖其固体电解质Na-β(β)-Al₂O₃的性能，因此，Na-β(β)-Al₂O₃电解质的制备和性能研究也逐渐成为备受重视的研究领域。

传统合成Na-β(β)-Al₂O₃的主要方法是将高纯α-Al₂O₃、Na₂CO₃以及少量掺杂剂如MgO或Li₂O等混合，在1600℃以上的高温下烧结而成。在高温烧结过程中，往往存在以下问题：一是Na⁺容易挥发，使得Na-β(β)-Al₂O₃固体电解质偏离目标成分，导致性能降低；二是在Na₂O-Al₂O₃体系中往往同时存在β-Al₂O₃与β-Al₂O₃两种晶相，β-Al₂O₃相的电导率是β-Al₂O₃相的10倍左右，但在高温烧结过程中，β-Al₂O₃相极易向β-Al₂O₃相转变，导致性能降低；三是在高温烧结过程中，电解质中晶粒容易长大，由此产生的“双重结构”不但会降低电解质离子电导率，而且会影响钠硫电池使用寿命。

发明内容