一种用于固体电解质的钠快离子导体材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105355971A(43)申请公布日2016.02.24(21)申请号201510848827.2(22)申请日2015.11.27(71)申请人燕山大学地址066004河北省秦皇岛市海港区河北大街西段438号(72)发明人张隆杨坤(74)专利代理机构石家庄一诚知识产权事务所13116代理人续京沙(51)Int.Cl.H01M10/0562(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种用于固体电解质的钠快离子导体材料及其制备方法(57)摘要一种用于固体电解质的钠快离子导体材料，它的化学分子式为Na3P1-xSbxSe4，x为摩尔比，x＝0.2-1。上述钠快离子导体材料的制备方法主要是在将原料放入氧化铝坩埚，再放入石英管中，抽真空至0.1Pa，烧封石英管；再将石英管放入马弗炉中，以0.2℃/分钟的升温速率加热到700～900℃，保温24小时，炉内冷却至室温；将冷却后的块体从石英管中取出，放入球磨机，在高纯氩气(99.999％)保护下球磨，转速为100～200转/分钟，球磨时间6小时。本发明制备工艺简单，制备周期短，制备的钠快离子导体材料的离子电导率最高超过3mS/cm，同时极大地降低了成本。CN105355971ACN105355971A权利要求书1/1页1.一种用于固体电解质的钠快离子导体材料，其特征在于：它的化学分子式为Na3P1-xSbxSe4，x为摩尔比，x＝0.2-1。2.权利要求1的用于固体电解质的钠快离子导体材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)原料选择：采用高纯度的起始原料，商业化纯度>99％的单质Na、纯度为99.999％的P、Sb和Se；(2)在手套箱内将原料放入氧化铝坩埚中，再将坩埚放入一端封闭的石英管中，抽真空至0.1Pa，烧封石英管；再将烧封后的封闭石英管放入马弗炉中，以0.2℃/分钟的升温速率加热到700～900℃，保温24小时，最后炉内冷却至室温；(3)将步骤(2)冷却后的块体从石英管中取出，放入手套箱中用研钵手动将其研成粉末，再将粉末放入球磨机，在高纯99.999％的氩气保护下球磨，转速为100～200转/分钟，球磨时间6小时左右。2CN105355971A说明书1/5页一种用于固体电解质的钠快离子导体材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于新能源材料领域，特别涉及一种离子导体材料及其制备方法。背景技术[0002]随着化石能源的加剧消耗和濒临枯竭，开发新的能源体系已受到世界各国的高度重视。而储能的发展应用程度对改变能源结构其至关重要的作用。(电网技术，32(2008)1)。电化学储能技术中，具有重量轻、比能量高、寿命长、无记忆性等独特优势的锂离子电池从1991年首次实现商业化以来发展迅速，并获得了极大的关注和广泛的应用。然而，随着对锂电池市场需求的急剧扩展，有限的锂资源将面临短缺问题，导致电池的制造成本上升。相比于锂，钠具有价格低、资源丰富的优点，且在二次电池中的工作机理与锂类似。虽然钠离子电池的理论比容量比锂离子电池来的小，但它非常适用于大规模电网系统的储能和电动汽车(EnergyEnviron.Sci.,5(2012)5884；化工进展，32(2013)1789)。[0003]目前商用的有机液体电解质低温下发生固化，导致离子电导率显著降低进而无法满足低温应用要求；外部高温和电池内部的自反应导致的热失控形成的高温条件，使得形成的可燃气体和原有机溶剂极易引起燃烧爆炸，存在极大安全隐患(Nature,414(2001)359)。而凝胶型电解质作为半固态电解质也无法彻底解决安全性问题。锂离子电池应用于大型储能系统的首要和关键即时安全问题。储能领域对二次电池的高安全性需求，推动了全固体锂离子电池的发展。固体电解质在大型储能电池和薄膜电池方面具有显著优势，特别是在极端使用条件下或者是当局部单元出现安全性问题时，采用完全不燃的无机固体电解质，可以从根本上保证电池使用的安全性(储能科学与技术,2(2013)331；储能科学与技术,3(2014)376；化学学报,71(2014)869)。[0004]因此，从安全性和资源方面考虑，高性能的钠固态电解质的开发对于储能体系尤其是大型储能系统的发展具有重大意义。[0005]申请人前期成功合成立方结构的Na3PSe4钠快离子导体并申报专利，其结构中含3-Se的(PSe4)阴离子基团骨架具有宽的离子迁移通道尺寸，更适合离子半径较大的Na离子的迁移和扩散，加之Se2-较S2-更大的极化特性进一步减小了框架对迁移离子的束缚，其离子电导率能够达到1.16mScm-1。如果能进一步提高离子电导率，将使该类材料更适合于工业化应用。发明内容[0006]本发明