https://doi.org/10.1039/D4EE01743A
中国地质大学（武汉）
具有丰固态钠金属电池（SSB）作为后锂离子储能系统的低成本替代品引起了人们的广泛关注。然而，许多挑战，如晶界电导率低和界面电阻高，仍然阻碍着实现有竞争力的SSB。为了解决这些问题，提出了一种固态电解质中中间相的原位自构建策略，以调节晶界中的离子转移并稳定Na/SSE界面，从而缓解枝晶生长。中间相诱导的非晶NASICON使晶界电导率提高了七倍,结果，室温总离子电导率达到4.1mS-cm1。得益于动力学稳定、低阻抗和无枝晶的Na/非晶NASICON界面，界面形成能低，在室温下获得了高临界电流密度值（1.3 mA cm2），短路前界面电阻降低了十倍。在0.3mA cm2的电流下，稳定的钠镀/剥离周期超过4000小时，枝晶传播受到限制。我们强调，Na|SSE|Na3V2（PO4）3 SSBs具有卓越的电化学性能，在3C下可循环3000次，容量保持率为92%。
这项工作从非晶相的角度提供了一种更广泛的方法，可以在不添加额外元素的情况下解决SSB的大晶界和Na/SSE界面电阻问题，以及钠枝晶劣化问题，有望促进长效快速充电SSB的发展。
材料制备：
所有电解质均采用传统的固相法合成并烧结成陶瓷球团。将 Na2CO3、 ZrO2、 SiO2和 NH4H2PO4按化学计量比以450rpm 与异丙醇球磨混合12h。10wt.添加过量的 Na2CO3以补偿高温煅烧过程中钠的挥发。将干燥后的混合物在1000 °C 下在空气中煅烧12h，得到前驱体陶瓷，其升温速率为5 ° C min-1。所得陶瓷粉末用研钵和研杵手工研磨，然后再以450rpm 球磨12小时进一步精制。将0.3 g 粉末在8MPa 等静压下压制成直径12mm、厚度1.2 mm 的生球。最后，球团在1250 °C 下煅烧24h，升温速率为2 ° C min-1。额外的母粉放在下面和上面的压制颗粒。为了简化计算，将 Na3Zr2Si2PO12、 Na3.1 Zr2Si2.1 P0.9 O12、 Na3.2 Zr2Si2.2 P0.8 O12和 Na3.3 Zr2Si2.3 P0.7 O12分别命名为 NZSP、 NZSP-2.1、 ISA-NZSP 和 NZSP-2.3。在同样的工艺条件下制备了 ISA-NZSP-1100，初始合成温度为1100 °C。
本文报告了NASICON型SSE中间相自重构诱导的非晶界面，以解决其低离子电导率和与SSB中Na金属阳极的不良界面问题。非晶界面以致密的晶粒接触为特征，晶界电导率提高了七倍，在室温下具有4.1 mS/cm的高总离子电导率。
（1）非晶态NASICON减轻了NZSP电解质的降解和Na/NZSP界面电阻的增加，从而抑制了Na枝晶向电解质的生长和穿透。
（2）因此，Na/SSE/Na对称细胞表现出1.3 mA cm2的高CCD，此外，在0.3mA cm2的电流下，稳定的钠镀/剥离循环性能保持了4000小时，没有枝晶渗透。
（3）非晶态NASICON的优越性在Na/SSE/Na3V2（PO4）3固态电池中得到了进一步体现，该电池在3C下循环3000次后，容量保持率高达92%，通过中间相诱导的非晶层成功证明了高离子电导率和优异的Na/SSE界面相容性，这代表了无机NASICON SSE基SSB领域的重大进步。
文章来源：钠时代
《钠离子电池技术发展与产业前景研究报告》
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