NASICON型固體電解質(zhì)的合成與改性研究.pdf

1、NASICON(Na Super-ionic Conductor)是一類具有三維離子傳輸通道的無機(jī)固體電解質(zhì)，又稱為鈉快離子導(dǎo)體，其母體為NaZr2P3O12。Si部分取代NaZr2P3O12中的P而得到的Na1+xZr2SixP3-xO12(NZSP，0≤x≤3)固溶體具有較高的Na+電導(dǎo)率，當(dāng)x=2時(shí)，Na3Zr2Si2PO12具有較高的離子電導(dǎo)率，可以和具有二維離子通道的β-Al2O3相比較。本文通過TG熱重分析、X射線衍射技術(shù)、

2、SEM掃描電鏡以及電化學(xué)工作站等對Na3Zr2Si2PO12固體電解質(zhì)材料及金屬氧化物摻雜過后的NZSP固體電解質(zhì)材料進(jìn)行表征。
　　本文分別采用固相法和溶膠凝膠法制備了NASICON型Na3Zr2Si2PO12固體電解質(zhì)材料，研究了不同燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對固體電解質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用固相法在1100℃燒結(jié)12h得到的Na3Zr2Si2PO12固體電解質(zhì)材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。室溫下，其最高晶

3、粒離子電導(dǎo)率和總離子電導(dǎo)率分別為7.41×10-4S cm-1和5.82×10-4S cm-1。溶膠凝膠法制備Na3Zr2Si2PO12固體電解質(zhì)材料的最佳燒結(jié)溫度為1050℃。該溫度下焙燒得到的樣品具有最佳的離子電導(dǎo)率，其晶粒離子電導(dǎo)率和總離子電導(dǎo)率分別為4.74×10-4S cm-1和2.93×10-5S cm-1。
　　在上述工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用固相法對Na3Zr2Si2PO12固體電解質(zhì)進(jìn)行改性研究。通過不同摻雜含量的金

4、屬氧化物對Na3+yZr2-xMxSi2PO12(M=ZnO，MgO，La2O3，Nd2O3，Y2O3，CeO2和Nb2O5等;0≤x≤0.5;y根據(jù)電荷平衡計(jì)算而得)材料中的Zr4+進(jìn)行摻雜改性。利用XRD、SEM、EIS等方法對摻雜產(chǎn)物進(jìn)行物理表征和電化學(xué)性能測試。XRD衍射譜圖確定出不同金屬氧化物的最佳摻雜含量為x=0.1。在最佳摻雜含量條件下，本文所選金屬氧化物對NASICON材料的摻雜均能表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，La

5、、Zn和Nb元素對產(chǎn)物有良好的摻雜改性效果。經(jīng)過La、Zn和Nb摻雜得到的固體電解質(zhì)材料在室溫下的離子電導(dǎo)率分別為9.14×10-4S cm-1、9.15×10-4S cm-1和1.14×10-3S cm-1，接近于10-3S cm-1，是具備較高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)材料。
　　采用分散聚合法制備出粒徑為2-6μm的PS微球，并以PS微球?yàn)槟０澹霉渤练e法將其與Na3Zr2Si2PO12固體電解質(zhì)材料復(fù)合，最終合成Na3Zr2