中国科学院胡勇胜研究员团队：钠超离子导体型固体电解质的改性及其在钠离子电池中的应用丨Engineering
中国科学院胡勇胜研究员团队：钠超离子导体型固体电解质的改性及其在钠离子电池中的应用丨Engineering
engineering2015
《Engineering》是中国工程院院刊主刊，2015年创刊，中英文双语出版，全文开放获取，目标是建设世界一流工程科技综合性权威期刊，报道全球工程前沿，促进工程科技进步，服务社会、造福人类。
引言
固体电解质的低离子电导率及固体电解质与固态电极之间较差的界面可靠性是阻碍固态钠电池（SSSB）应用的两大紧迫挑战。因此，中国科学院胡勇胜研究员团队采用简单的两步固相法合成了名义成分为Na 3+2 x Zr 2‒ x Mg x Si 2 PO 12 的钠（Na）超离子导体（NASICON）型固体电解质，其中在25 ℃时Na 3.3 Zr 1.85 Mg 0.15 Si 2 PO 12 （ x =0.15，NZSP-Mg 0.15 ）表现出了3.54 mS∙cm ‒1 的最高离子电导率。通过深入研究，本文证实晶界成分在决定NASICON总离子电导率中起着至关重要的作用。此外，由于文献中缺乏关于NASICON是否能够提供足够的阳极电化学稳定性来实现高压固态钠电池的研究，研究人员首先使用了高压Na 3 （VOPO 4 ） 2 F（NVOPF）正极来验证其与优化后的NZSP-Mg 0.15 固体电解质之间的兼容性。通过比较不同配置（低压阴极与高压阴极、液态电解质与固体电解质）电池的电化学性能，以及对循环后的NZSP-Mg 0.15 进行X射线光电子能谱（XPS）评估，结果表明，NASICON固体电解质在高电压下不够稳定，这证明了研究NASICON固体电解质和高压阴极之间界面的重要性。此外，通过将NZSP-Mg 0.15 NASICON粉末涂在聚乙烯（PE）隔膜（PE@NASICON）上，形成了2.42 A∙h的碳|PE@NASICON|NaNi 2/9 Cu 1/9 Fe 1/3 Mn 1/3 O 2 非水系钠离子电池，其具有出色的循环性能，在2000周循环后容量保持率为88%，从而证明涂有NASICON型固体电解质的隔膜具有高可靠性。
丰富且低成本的钠（Na）资源为推广钠离子电池（NIB）作为大型储能系统的候选电池提供了一个令人信服的理由。基于固体电解质的固态钠电池（SSSB）不使用易燃的液态电解质，具有更高的安全性，从而引起了人们极大的兴趣。然而， 在固态钠电池实际应用之前，仍有两个主要挑战有待解决，即固体电解质的低离子电导率及固体电解质与固态电极之间较差的界面可靠性 。
为了进一步提高钠超离子导体（NASICON）型固体电解质的离子电导率，除了传统的固相法外， 中国科学院胡勇胜研究员团队采用了多种烧结技术，如溶液辅助固相反应、放电等离子体烧结、溶胶-凝胶法和添加剂辅助固相工艺，这些方法都显著提高了离子电导率 。
尽管NASICON的离子电导率仍低于有机液态电解质，但1 mS∙cm ‒1 的量级足以保证固态钠电池在室温下稳定运行。因此，提高固体电解质与固态电极之间界面的可靠性变得越来越重要。此外，为了降低阴极与NASICON之间的电阻，已经提出了各种界面优化工艺，包括共烧结、添加液态电解质、引入塑晶电解质、添加离子液体、插入固态聚合物电解质、与固态聚合物电解质混合、使用薄膜阴极以及使用3D阴极。但是测量其阳极电化学稳定性时，电压值几乎都超过了5 V。值得注意的是， 低平均电压阴极无法体现固态钠电池的高电压优势，也无法验证基于NASICON的高压固态钠电池的可行性。因此，有必要使用高压阴极来评估NASICON在高电位下的可靠性 。
在本研究中， 中 国科学院胡勇胜研究员团队将储量丰富且成本低廉的元素镁（Mg），通过简单的固相方法引入NASICON，使得离子电导率显著提高，主要来自晶界的贡献 。此外， 研究人员还制备了千克级NZSP-Mg 0.15 NASICON粉末，并在细化颗粒后将其涂覆在PE隔膜（PE@NASICON）上，从而证明了涂有NASICON型固体电解质隔膜的高可靠性和稳定性 （图1）。这一结果表明，NASICON固体电解质是一种很有前途的功能材料，可用于隔膜改性。
图1. （a）PE@NASICON的表面形貌；（b）硬碳|PE@NASICON|NNCFM在1C时的充放电曲线；（c）硬碳|PE@NASICON|NNCFM在1C下的循环性能。插图是2.42 A∙h 26650型圆柱形钠离子电池的数码照片。
关键词： 固态电解质 ； 固态钠电池 ；钠超离子导体（N ASICON）； 界面 ；隔膜； 涂层
扫二维码 | 查看原文
原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2021.04.028
以上内容来自： Qiangqiang Zhang, Quan Zhou, Yaxiang Lu, Yuanjun Shao, Yuruo Qi, Xingguo Qi, Guiming Zhong, Yong Yang, Liquan Chen, Yong-Sheng Hu. Modification of NASICON Electrolyte and Its Application in Real Na-Ion Cells [J]. Engineering, 2022, 8(1): 170-180.
《中国工程科学》杂志社欢迎您的加入！
Engineering编辑部招聘助理编辑（兼职/实习）
岗位描述
1. 协助编辑参与稿件管理。
2. 协助编辑进行中英文稿件的技术加工、翻译校对。
3. 协助编辑进行专题组稿前期的资料收集、整理。
4. 协助编辑进行期刊宣传，包括文章推送、元数据整理及作者信息整理等。
岗位要求
1. 较好的语言文字功底，对期刊出版感兴趣，具有较强团队合作精神，对待工作认真细致，责任心强。
2. 统招本科以上学历（或在校大三、大四本科生/硕士研究生），理、工、农、医专业背景。
3. 英语六级（或雅思、托福等国际认证考试成绩）。
4. 工作初期，每周到岗至少1天；工作熟悉后，可根据需要在家/学校办公，定期进行交接即可。工作至少需持续1年时间。
5. 兼职岗位有编辑工作经验者优先，实习生岗位有学术论文发表经验者优先。
待遇面议（可开具实习证明）
地址： 北京市朝阳区惠新东街4号富盛大厦1座
工作时间： 周一~周五 早8:30~晚5:00
报名方式 ： 有意者请将报名材料发至hr@engineering.org.cn，邮件标题请注明“兼职（或实习）+姓名+电话”，报名材料须按下列规定表格形式填写（可扫描二维码下载）。
联系人： 张老师，010-58582511