NASICON型固體電解質的合成與改性研究.pdf

1、NASICON(Na Super-ionic Conductor)是一類具有三維離子傳輸通道的無機固體電解質，又稱為鈉快離子導體，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+電導率，當x=2時，Na3Zr2Si2PO12具有較高的離子電導率，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、

2、SEM掃描電鏡以及電化學工作站等對Na3Zr2Si2PO12固體電解質材料及金屬氧化物摻雜過后的NZSP固體電解質材料進行表征。
　　本文分別采用固相法和溶膠凝膠法制備了NASICON型Na3Zr2Si2PO12固體電解質材料，研究了不同燒結溫度和燒結時間對固體電解質材料的微觀結構和電化學性能的影響。實驗結果表明，利用固相法在1100℃燒結12h得到的Na3Zr2Si2PO12固體電解質材料表現出良好的電化學性能。室溫下，其最高晶

3、粒離子電導率和總離子電導率分別為7.41×10-4S cm-1和5.82×10-4S cm-1。溶膠凝膠法制備Na3Zr2Si2PO12固體電解質材料的最佳燒結溫度為1050℃。該溫度下焙燒得到的樣品具有最佳的離子電導率，其晶粒離子電導率和總離子電導率分別為4.74×10-4S cm-1和2.93×10-5S cm-1。
　　在上述工藝優(yōu)化的基礎上，采用固相法對Na3Zr2Si2PO12固體電解質進行改性研究。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根據電荷平衡計算而得)材料中的Zr4+進行摻雜改性。利用XRD、SEM、EIS等方法對摻雜產物進行物理表征和電化學性能測試。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出良好的電化學性能。研究發(fā)現，La

5、、Zn和Nb元素對產物有良好的摻雜改性效果。經過La、Zn和Nb摻雜得到的固體電解質材料在室溫下的離子電導率分別為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率的固體電解質材料。
　　采用分散聚合法制備出粒徑為2-6μm的PS微球，并以PS微球為模板，利用共沉積法將其與Na3Zr2Si2PO12固體電解質材料復合，最終合成Na3Zr2