本發(fā)明涉及鈉離子電池，特別是涉及一種碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法和鈉離子電池。

背景技術(shù)：

1、在過去的十年中，鋰離子電池得到了迅速的發(fā)展。然而，價格的上漲阻礙了鋰離子電池的進一步應(yīng)用，因此尋找更便宜的電池來替代鋰離子電池勢在必行。由于地殼中的鈉資源豐富，成本低，鈉離子電池被認(rèn)為是取代鋰離子電池的最佳儲能裝置。不同于有機液體電解質(zhì)的易泄漏、易燃性和不能有效的抑制枝晶，固態(tài)鈉電解質(zhì)被廣泛的應(yīng)用于鈉金屬電池中以提高安全性。

2、然而，鈉離子半徑較大，需要獨特的離子通道材料才能匹配鈉離子電池。nasicon結(jié)構(gòu)材料離子通道足夠大，能夠滿足鈉離子通過，鈉鋯硅磷就是一種nasicon結(jié)構(gòu)的材料。然而，鈉鋯硅磷本身不具備良好的電導(dǎo)率，不易產(chǎn)業(yè)化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對如何提高固態(tài)電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率的問題，提供一種碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法和鈉離子電池。

2、一種碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，包括如下步驟：

3、將鈉源、鋯源、硅源與磷源混合均勻，燒結(jié)后得到鈉鋯硅磷燒結(jié)塊；

4、將所述鈉鋯硅磷燒結(jié)塊進行破碎處理，得到鈉鋯硅磷燒粉體；

5、將所述鈉鋯硅磷燒粉體進行納米化處理，得到納米級鈉鋯硅磷粉體；

6、將所述納米級鈉鋯硅磷粉體與碳源混合均勻，得到混合物料；以及

7、將所述混合物料在保護氣體氛圍內(nèi)焙燒，充分反應(yīng)之后得到碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料。

8、上述碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法操作簡單，所用設(shè)備簡易，整體生產(chǎn)成本低，非常適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；本發(fā)明技術(shù)方案通過對鈉鋯硅磷固態(tài)電解質(zhì)進行碳包覆，大大提高了鈉鋯硅磷固態(tài)電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率，有利于產(chǎn)業(yè)化。

9、在一個可行的實現(xiàn)方式中，所述鈉源選自氫氧化鈉、碳酸鈉、高氯酸和雙三氟甲基磺酰亞胺鈉中的至少一種；

10、所述鋯源選自氧化鋯、硝酸鋯和醋酸鋯中的至少一種；

11、所述硅源為二氧化硅；

12、所述磷源選自五氧化二磷、磷酸氫二氨和磷酸氫氨中的至少一種；

13、將鈉源、鋯源、硅源與磷源混合均勻，燒結(jié)的操作中：燒結(jié)溫度為1000℃～1200℃，燒結(jié)時間為5h～20h。

14、在一個可行的實現(xiàn)方式中，所述納米級鈉鋯硅磷粉體的粒徑為200nm～700nm。

15、在一個可行的實現(xiàn)方式中，將所述納米級鈉鋯硅磷粉體與碳源混合均勻的操作為：將所述納米級鈉鋯硅磷粉體與碳源進行混合，之后加入分散劑，通過球磨混合，之后烘干；其中所述烘干的溫度不超過100℃；和/或

16、所述分散劑選自甲醇、乙醇與乙二醇中的一種或多種；和/或

17、所述球磨的頻率為100rpm～800rpm，所述球磨的時間為1h～10h。

18、在一個可行的實現(xiàn)方式中，所述納米級鈉鋯硅磷粉體與所述碳源的質(zhì)量比為1：(0.01～0.1)。

19、在一個可行的實現(xiàn)方式中，所述碳源選自檸檬酸、葡萄糖、淀粉、碳黑與瀝青中的至少一種。

20、在一個可行的實現(xiàn)方式中，將所述混合物料在保護氣體氛圍內(nèi)焙燒的操作中：焙燒溫度為800℃～900℃，焙燒時間為5h～20h；所述保護氣體選自氮氣與氬氣中的至少一種。

21、在一個可行的實現(xiàn)方式中，將所述鈉鋯硅磷燒結(jié)塊進行破碎處理的操作為：將所述鈉鋯硅磷燒結(jié)塊依次通過鄂破處理和球磨處理進行破碎。

22、一種碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料，采用上述任一的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法制備得到。

23、經(jīng)過試驗驗證，采用上述制備方法得到的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率較高，適用于鈉離子電池。

24、一種鈉離子電池，包括上述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料。

25、經(jīng)過試驗驗證，本發(fā)明技術(shù)方案的鈉離子電池的電導(dǎo)率較高，有利于產(chǎn)業(yè)化。

技術(shù)特征：

1.一種碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述鈉源選自氫氧化鈉、碳酸鈉、高氯酸和雙三氟甲基磺酰亞胺鈉中的至少一種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述納米級鈉鋯硅磷粉體的粒徑為200nm～700nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，將所述納米級鈉鋯硅磷粉體與碳源混合均勻的操作為：將所述納米級鈉鋯硅磷粉體與碳源進行混合，之后加入分散劑，通過球磨混合，之后烘干；其中所述烘干的溫度不超過100℃；和/或

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述納米級鈉鋯硅磷粉體與所述碳源的質(zhì)量比為1：(0.01～0.1)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述碳源選自檸檬酸、葡萄糖、淀粉、碳黑與瀝青中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，將所述混合物料在保護氣體氛圍內(nèi)焙燒的操作中：焙燒溫度為800℃～900℃，焙燒時間為5h～20h；所述保護氣體選自氮氣與氬氣中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，將所述鈉鋯硅磷燒結(jié)塊進行破碎處理的操作為：將所述鈉鋯硅磷燒結(jié)塊依次通過鄂破處理和球磨處理進行破碎。

9.一種碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1～8中任一項所述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法制備得到。

10.一種鈉離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法和鈉離子電池。碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法包括如下步驟：將鈉源、鋯源、硅源與磷源混合均勻，燒結(jié)后得到鈉鋯硅磷燒結(jié)塊；將鈉鋯硅磷燒結(jié)塊進行破碎處理，得到鈉鋯硅磷燒粉體；將鈉鋯硅磷燒粉體進行納米化處理，得到納米級鈉鋯硅磷粉體；將納米級鈉鋯硅磷粉體與碳源混合均勻，得到混合物料；以及將混合物料在保護氣體氛圍內(nèi)焙燒，充分反應(yīng)之后得到碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料。上述碳包覆固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法操作簡單，所用設(shè)備簡易，整體生產(chǎn)成本低，非常適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；本發(fā)明技術(shù)方案通過對鈉鋯硅磷固態(tài)電解質(zhì)進行碳包覆，大大提高了鈉鋯硅磷固態(tài)電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率，有利于產(chǎn)業(yè)化。

技術(shù)研發(fā)人員：代少杰,曹文卓,閆昭,李婷
受保護的技術(shù)使用者：宜賓南木納米科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10