新型氟磷酸盐全固态钠离子电解质的制备及其性能研究
随着电动交通工具的日益发展，人们对锂离子电池的需求迅速增长，随之而来的锂资源紧缺问题愈发严重。钠离子电池的原材料资源丰富、成本低廉，已经逐渐成为了科研工作者关注的热点。钠离子电解质是钠离子电池中的重要组成部分，目前室温固态钠离子电解质的电导率最高为3×10-4 S·cm-1，但是这种电解质是一种硫系玻璃陶瓷材料，高纯度的硫系化合物成本高昂，化学性质不稳定，合成电解质的过程也相对复杂。因此，寻找一种成本低廉、电导率高、化学性质稳定且合成过程简单易行的钠离子电解质材料更有利于全固态电池的大范围应用。 本论文阐述了高温熔融法制备新型全固态氟磷酸盐玻璃的过程，并采用二次热处理法控制玻璃基质的析晶过程，形成具有快离子导体结构的微晶玻璃电解质材料，系统研究了材料的理论基础、制备工艺以及电解质材料的性能，具体内容如下： 1、简单介绍了全固态电池的发展背景，综述了全固态钠离子电池的机理以及研究进展，重点阐述了全固态钠离子电解质在钠离子电池中的应用及其优缺点，并介绍了固态电解质及液态电解质的离子传导机理，最后设计了一种新型固态钠离子电解质并研究了离子传输机理。 2、总结了全固态钠离子导电玻璃、微晶玻璃以及相关晶体电解质的制备方法，详细的介绍了电解质材料的结构测试、微观形貌测试、电化学性能测、化学性能以及热稳定性的测试步骤。 3、详细的介绍了Na2O-B2O3-P2O5-ZrO2(NBPZ)玻璃，微晶玻璃以及(Na2O+NaF)-TiO2-B2O3-P2O5-ZrF4(NTBPZ)体系玻璃以及微晶玻璃的选择机理。 4、通过二次热处理方法制备了一种氧化物钠离子电解质材料，主要以Na2O-B2O3-P2O5-ZrO2(NBPZ)体系为玻璃基质。通过控制二次热处理控制材料析出晶体，进而达到对材料电性能改进。NBPZ玻璃陶瓷的室温钠离子电导率可高达10-5 S·cm-1。 5、通过对NBPZ体系的改进，再次通过二次热处理方法制备了一种析晶可控的新型全固态氟磷酸盐钠离子电解质材料，主要以(Na2O+NaF)-TiO2-B2O3-P2O5-ZrF4(NTBPZ)体系为玻璃基质。通过控制二次热处理的温度、时间来控制材料析出晶体的尺寸、密集度、均匀度，进而达到对材料电性能、化学性能以及热力学稳定性的改进。并最终获得了活化能约为13.9 kJ·mol-1，室温钠离子电导率可高达3×10-5 S·cm-1，可以在空气氛围下承受500℃以下高温且不发生化学反应。
锂离子电池;钠离子电解质材料;氟磷酸盐玻璃;制备工艺;电化学性能
南京邮电大学
硕士
光学工程
彭波;韦玮
2015
中文
TM912;TM242:TM205.1
66
2016-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）