新型電池固體電解質(zhì)NASICON材料

新型電池固體電解質(zhì)NASICON材料

為了獲得具有高離子電導(dǎo)率的新型鈉離子導(dǎo)體，本文深入研究了NASICON材料。首次研究了 固 溶 體 ，即 Na3+xSc2（SiO4）x（PO4）3-x，0.05≤x≤0.8。然后通過(guò)固相反應(yīng)合成了多種組成，并測(cè)定了這些組成的結(jié)晶性能和電學(xué)性能。獲得了迄今為止最好的導(dǎo)電性材料之一NASICON，x=0.4。此外，還研究了鈉濃度和晶格參數(shù)大小對(duì)該材料離子電導(dǎo)率的影響。研究結(jié)果表明，離子電導(dǎo)率與鈉離子傳導(dǎo)途徑的結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)，并確認(rèn)了Na-O原子間距離對(duì)鈉離子遷移的影響程度。

通過(guò)將高離子傳導(dǎo)性材料Na3Sc2（PO4）3中的P用Si代替，合成了材料Na3.4Sc2（SiO4）0.4（PO4）2.6，其具有非常高的鈉離子電導(dǎo)率。研 究 固 溶 體 Na3+xSc2（SiO4）x（PO4）3-x中x的含量，從而更好地了解Si在NASICON材料中的影響程度。只有電荷載體增加，才能使電導(dǎo)率增加，直至達(dá)到最大值。

研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)中活化能和晶格參數(shù)之間的相關(guān)性，從而得到最佳的晶格參數(shù)。而晶格尺寸的變化直接影響Na+傳導(dǎo)通路的大小以及Na+離子到下一個(gè)空位的跳躍距離。對(duì)于化合物Na3.6Sc2（SiO4）0.6（PO4）2.4和Na3.8Sc2（SiO4）0.8（PO4）來(lái)說(shuō)，跳躍距離太長(zhǎng)，因此需要很高的導(dǎo)電活化能，所以不適合作為電解質(zhì)材料。此外，Na+必須跳躍到最近的其空間構(gòu)型為平面三角形且尺寸最小的氧原子處。為了更好地了解所討論的相關(guān)性，可以通過(guò)中子散射技術(shù)或XRD測(cè)量得到更高精度的原子位置，還可以用于研究NASICON材料中Na+的占有率上。本文還研究了Na濃度的變化，以更好地了解Na過(guò)量和缺乏對(duì)該材料離子電導(dǎo)率的影響。

刊名：Solid State Ionics（英）

刊期：2016年第293期

作者：M Guin et al

編譯：陳少帥