發(fā)布時(shí)間：2021-08-31 02:46

　　鋰離子電池的迅速發(fā)展導(dǎo)致鋰價(jià)格上漲,另外,鋰資源地殼儲(chǔ)量低且分布不均,引起了人們對(duì)鋰離子電池替代品的研究。鈉資源豐富且與鋰有相似的化學(xué)性質(zhì),使得鈉離子電池受到廣泛關(guān)注�；诓豢扇紵o(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鈉電池,兼具高安全和低成本的優(yōu)勢(shì),成為規(guī)�；瘍�(chǔ)能領(lǐng)域非常有前景的儲(chǔ)能器件。經(jīng)過(guò)不懈努力,適用于固態(tài)鈉電池的電解質(zhì)已經(jīng)被陸續(xù)開(kāi)發(fā),包括常見(jiàn)的β-Al2O3、NASICON型、硫化物型固態(tài)電解質(zhì)以及新型富鈉反鈣鈦礦和復(fù)合氫化物等。這些鈉離子固態(tài)電解質(zhì)經(jīng)過(guò)合成條件優(yōu)化、元素取代或置換、結(jié)構(gòu)調(diào)控等手段,室溫離子電導(dǎo)率可達(dá)10-3S/cm以上,已經(jīng)完全可滿足實(shí)用需求。但是,固態(tài)鈉電池的實(shí)際應(yīng)用依然受到較大挑戰(zhàn),主要是固態(tài)電池中電解質(zhì)與正負(fù)極材料間的化學(xué)、電化學(xué)相容性差,以及固-固界面接觸問(wèn)題。本文通過(guò)梳理近些年與固態(tài)鈉電池相關(guān)的研究,總結(jié)了不同類型固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用到固態(tài)鈉電池過(guò)程中遇到的機(jī)遇和挑戰(zhàn),以及相應(yīng)解決策略,同時(shí)討論了固態(tài)鈉電池未來(lái)可能的發(fā)展方向和趨勢(shì)�？偟膩�(lái)說(shuō),主要通過(guò)引入離子液體或聚合物、多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電解質(zhì)包覆,以及復(fù)合正極設(shè)計(jì)等方式,提升固態(tài)鈉電池電化學(xué)穩(wěn)定性。 

【文章來(lái)源】：儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(05)CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：13 頁(yè)

【部分圖文】：

Na-二茂鐵電池充放電電壓與時(shí)間關(guān)系圖；(b)Na|Na2B10H10-3Na2B12H12|TiS2電池的充放電曲線；(c)Na|Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5|NaCrO2電池的長(zhǎng)循環(huán)曲線；(d)Na|Na3NH2B12H12|TiS2電池的充放電曲線Fig.5(a)discharge/chargevoltagesversustimeforaNa-ferrocenecell[85];(b)discharge/chargeprofilesofNa|Na2B10H10-3Na2B12H12|TiS2[87];(c)longtermcyclingofaNa

對(duì)較少，且各自性能參差不齊，其中的界面問(wèn)題和材料本身的電化學(xué)穩(wěn)定性等方面，未來(lái)還需要更多努力，以推動(dòng)新型固態(tài)電解質(zhì)在固態(tài)鈉電池中的應(yīng)用。4結(jié)語(yǔ)固態(tài)鈉電池作為高安全、低成本儲(chǔ)能器件，正受到人們廣泛關(guān)注。但是，在電池固態(tài)化進(jìn)程中，固態(tài)電解質(zhì)與固體電極材料之間的界面問(wèn)題，包括界面相容性和界面接觸等，嚴(yán)重阻礙其實(shí)際應(yīng)用。本文綜述了無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)在固態(tài)鈉電池中的研究進(jìn)展，包括β-Al2O3、NASICON氧化物固態(tài)電解質(zhì)，硫化物固態(tài)電解質(zhì)，以及新型反鈣鈦礦和復(fù)合氫化物電解質(zhì)。圖6為氧化物和硫化物基固態(tài)鈉電池中電池性能優(yōu)化的主要策略。氧化物固態(tài)電解質(zhì)較硬，晶界阻抗較大，與固態(tài)電極材料接觸易產(chǎn)生較大界面阻抗，通過(guò)設(shè)計(jì)電解質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)，或在正負(fù)極/電解質(zhì)界面處添加聚合物或離子液體等，可以增加電解質(zhì)與電極材料緊密接觸，減小界面阻抗，提升電池循環(huán)穩(wěn)定性；負(fù)極側(cè)則可添加親鈉層，增加電解質(zhì)與金屬鈉親和性，減小界面阻抗，促進(jìn)鈉負(fù)極均勻沉積。硫化物電解質(zhì)較軟，具有一定的可變形性，通常采用液相法對(duì)正極材料進(jìn)行電解質(zhì)包覆，增加活性物質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)接觸面積；其次，將材料納米化增加活性物質(zhì)與電解質(zhì)均勻混合，以及設(shè)計(jì)與硫化物相容性較好的正極材料，也可有效改善固態(tài)電池性能；負(fù)極方面，由于硫化物電解質(zhì)的電化學(xué)不穩(wěn)定性，通常與Na-Sn合金匹配或在金屬鈉/電解質(zhì)界面引入穩(wěn)定保護(hù)層，以防止電解質(zhì)在電池運(yùn)行中產(chǎn)生分解。新型鈉離子固態(tài)電解質(zhì)雖然均具有較大潛能，但各自缺陷也比較明顯，在固態(tài)鈉電池方面的應(yīng)用還需要未來(lái)進(jìn)一步探索。參考文獻(xiàn)[1]ZHAOQ,STALINS,ZHAOCZ,etal.Designingsolid-stateelectrolytesforsafe,energy-densebatteries[J].Natu

(g)～(i)所示，采用致密層與多孔層復(fù)合的β-Al2O3雙層電解質(zhì)，應(yīng)用到Na-NiCl2電池中，熔融態(tài)的鈉滲透至多孔層，增加負(fù)極與電解質(zhì)有效接觸面積，提升電池循環(huán)性能[31]。對(duì)β-Al2O3精細(xì)拋光后再進(jìn)行熱處理，則可以消除表面氫氧根基團(tuán)和碳基污染物，極大地改善β-Al2O3與Na負(fù)極的界面接觸[32]。1.2基于NASICON型固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鈉電池NASICON是鈉超離子導(dǎo)體的簡(jiǎn)稱，最典型的分子式為Na3Zr2Si2PO12(NZSP)，被認(rèn)為是最具潛力圖2(a)正極用離子液體(IL)修飾的Na|SEs|NVP-IL固態(tài)電池的示意圖和(b)相應(yīng)的固態(tài)電池在10C的倍率下循環(huán)10000圈的長(zhǎng)循環(huán)性能；(c)用兩種不同的方法制備的電極的微觀結(jié)構(gòu)示意圖；(d)和(e)分別為NVP-NZSP-Na固態(tài)電池在25℃下的倍率性能和循環(huán)性能；(f)基于0.1Ca-NZSP固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)筑三維的金屬鈉負(fù)極的全固態(tài)電池示意圖及(g)該電池在不同電流密度下的循環(huán)性能Fig.2(a)schematicrepresentationoftheNVP/IL/SE/Nasolid-statebatteriesand(b)cyclingperformanceoftheNa|SEs|NVP-ILsolid-statebatteryatroomtemperaturewithacurrentrateof10Cfor10000cycles[39];(c)schematicsoftypicalelectrodemicrostructurebytwodifferentprocessingroutes;(d)performanceofacelloperatingwithdifferentcurrentdensitiesand(e)dischargecapacityandCoulombicefficiencyforeachcycleofNVP-NZSP-Nacellsoperatingat25°C[42];(f)SchematicofthefullSSSBwith3Dsodiummetalanodebasedontrilayer0.1Ca-NZSPelectrolyteand(g)thecyclingproflieofthesolid-statebatteryatdifferentcurrentdensities

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全固態(tài)鈉離子電池硫系化合物電解質(zhì)[J]. 陳光海,白瑩,高永晟,吳鋒,吳川.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2020(05)
[2]無(wú)機(jī)鈉離子電池固體電解質(zhì)研究進(jìn)展[J]. 徐來(lái)強(qiáng),李佳陽(yáng),劉城,鄒國(guó)強(qiáng),侯紅帥,紀(jì)效波.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2020(05)
[3]NASICON-structured Na3.1Zr1.95Mg0.05Si2PO12 solid electrolyte for solid-state sodium batteries[J]. Jing Yang,Hong-Li Wan,Zhi-Hua Zhang,Gao-Zhan Liu,Xiao-Xiong Xu,Yong-Sheng Hu,Xia-Yin Yao.  Rare Metals. 2018(06)
[4]鈉離子固體電解質(zhì)材料研究進(jìn)展[J]. 劉麗露,戚興國(guó),邵元駿,潘都,白瑩,胡勇勝,李泓,陳立泉.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2017(05)



本文編號(hào)：3374023