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锂电之父Goodenough最新:全固态钠电池的弹性晶体(2)

北极星储能网  来源:材料人  作者:沐雨若晴  2017/4/21 8:44:22  我要投稿  

图4正极材料表面的SEM和EDS图像

A、C、E.由电解质Na3Zr2(Si2PO12)和活性物质制备得到正极材料的SEM和mapping图像;

B、D、F.由弹性晶体电解质和活性物质制备得到正极材料的SEM和mapping图像;

从图中可以看出,弹性晶体电解质与Na3Zr2(Si2PO12)电解质相比,与正极材料复合之后得到的材料表面更加光滑,通过元素分析可以进一步看出,弹性晶体电解质中的V元素和N元素分布均匀。

图5固态钠离子电池在50℃条件下的电化学性能表征

A.在1C倍率条件下,电解质Na3Zr2(Si2PO12)(a)和正极材料(b)组装成固态电池的首圈充放电曲线;

B.在1C倍率条件下,利用含弹性电解质的正极材料组装成固态电池的循环性能曲线;

C.利用含弹性电解质的正极材料组装成固态电池的倍率性能曲线;

D.利用Na3Zr2(Si2PO12)(a)和弹性晶体电解质(b)与正极材料组装成的固态半电池的首圈电化学阻抗图像;

说明:从图中可以看出,用电解质Na3Zr2(Si2PO12)和活性材料Na3V2(PO4)3制备得到的固态钠离子电池,在50℃和0.1C条件下,首圈充电比容量仅为59mAh/g,且首圈放电比容量急剧衰减至8mAh/g,远低于Na3V2(PO4)3的理论比容量(117mAh/g)。在同种条件下,利用弹性电解质得到的首圈充电比容量和放电比容量分别能够达到115mAh/g和112mAh/g,且固态电池在具有很好的循环性能和倍率性能。进一步分析两种电解质组装成电池的电化学阻抗,说明了弹性晶体电解质具有更低的阻抗,证实了其具有更好的电化学性能。

【小结】

研究者通过制备得到由琥珀腈与钠盐得到的弹性晶体电解质,解决了全固态钠离子电池中电极材料与电解质材料之间界面阻抗大的问题。与传统的常用Na3Zr2(Si2PO12)固态电解质相比,弹性晶体电解质能够渗透进正极材料之间,增大与电极材料的接触面积,减小材料与电解质间的阻抗。通过电化学测试可以证实,组装得到的固态钠离子电池展示了良好的性能,与传统的固态电解质材料相比有更高的容量、更稳定的循环性能以及良好的倍率特性。

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