固态钠电池电解质一览

时间: 2022-05-17 15:30 来源: 电池中国作者: 网络转载

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固态钠电池（SSSB）被认为是下一代储能电池的候选者，因为它有可能实现更安全和更高的能量密度特性。然而，尽管SSSB可以避免使用可燃有机液体电解质，但这种新型电池的开发受到一些关键挑战的阻碍。尤其是对固体电解质和两电极之间的界面稳定性还缺乏全面的了解，因此SSSBs的实际应用还有很长的路要走。

一、固态电解质

基于固体电解质的钠电池体系包括高温钠-硫电池、有机/水混合系钠-空气电池和全固态钠离子电池等。

目前，根据Na + 的输运机理和化学组成的不同，钠基SSEs可以分为三类:固态聚合物电解质(SPEs)、无机固态电解质(ISEs)和复合固态电解质(CSEs)。

1、聚合物固体电解质

聚合物固体电解质（SPE）是由聚合物基体和电解质盐构成的离子导体。

PEO基SPEs

在众多聚合物电解质体系中，PEO 基 SPE 是研究最早且研究最多的体系。它具有质量轻、黏弹性好、易成膜等诸多优点。

目前，有研究表明， NaFSI可能是一种理想的盐，因为它的S─F键不稳定，可以控制与溶剂的反应。

另外，人们研究了许多具有高离子电导率和高电化学稳定性的亲水或疏水固体聚合物。例如，聚甲基丙烯酸酯(PMA)/聚乙二醇(PEG)的混合SPE，在70 ℃时具有高离子导电性。

非 PEO 基聚合物电解质

除常用的 PEO 以外，聚丙烯腈（PAN）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯基吡络烷酮（PVP）等也被用来制备聚合物固体电解质。

到目前为止，SPEs仍存在室温下离子电导率不足、机械强度低、电化学稳定性差等问题，这极大地限制了其实际应用。因此，仅通过简单的共混、共聚或交联来提高聚乙烯的综合性能是不够的。需要进一步探索和研究SPEs的Na + 转运机制，以阐明Na + 与聚合物基体之间的内在联系。同时，还应进一步优化配方组成和生产工艺，以实现高性能聚合物基SSMB。

固态钠电池电解质一览

2、氧化物基Na + 导体

常用的ASB电解质材料是氧化物基Na + 离子导体，因为它们具有前面提到的大多数必要的特性。

Na-β″-Al 2 O 3

最早商业化的可用的固态电池体系是 Na-S 电池，所用的固体电解质 Na-β″-Al 2 O 3 。

Na-β″-Al 2 O 3 ，由于其高Na + 离子电导率，低电子电导率，耐化学反应，和合适的机械性能，已成为研究最多的SEs之一。Na-β″-Al 2 O 3 是一层状结构的快离子导体，由尖晶石结构的氧化铝块组成，在其之间，移动的Na + 离子位于“传导平面”Na-β″-Al 2 O 3 在RT 处的离子电导率最高，且其结晶度完全局限于单晶。但由于Na-β″-Al 2 O 3 单晶的制备要求复杂，加工温度高(超过1200 ℃)，设备限制等，使其难以工业化应用。

钠超离子导体

除Na-β″-Al 2 O 3 外，钠超离子导体(NASICON)型材料也引起了人们的广泛关注。它们具有较高的离子导电性，良好的热稳定性和化学稳定性。

其他氧化物

2011年，一组新的层状钠化合物Na 2 M 2 TeO 6 （M¼Ni，Co，Zn，Mg）被发现具有高钠离子电导率。

3、硫基钠离子导体

硫化物固体电解质由于比较软，相比氧化物固体电解质来说，与电极的接触比较好。

氧化物基电解质需要高温烧结(1000 ℃以上)才能建立晶粒间的离子接触，相比之下，硫化基电解质具有较高的变形能力，可以在室温下进行加工，甚至可以从溶液中制备。此外，电池在充放电过程中会承受活性材料膨胀/收缩所产生的应力，因此可以简化电池的组装过程。

此外，硫化物电解质还表现出较差的界面兼容性和有限的电化学稳定性，从而引发电极/电解质界面上一系列的界面副反应。因此，有必要通过设计新型的硫化物基电解质来提高其电化学稳定性。

4、复合固态电解质(CSEs)

为了克服离子交换电极和电极之间的界面相容性，提出了解决这些挑战性问题的最佳折衷方案，即将离子交换电极的高离子导电性与SPE的柔性结合到一个复合材料体系中。许多研究人员发现，由于陶瓷电解质和聚合物基质之间的协同效应，CSEs体系是开发高性能固态钠电池的解决方案。

5、硼氢化物

固体硼氢化物，例如[B 12 H 12 ] 2 和[B 10 H 10 ] 2 ）和[CB 11 H 12 ]和[CB 9 H 10 ]），也被提议作为ASSB的潜在钠固体电解质。