Small Methods: 钠离子固态电解质研究进展

最近发生的电池爆炸以及随后的电池召回事件,再一次为电池的安全性及可靠性敲响警钟。鉴于传统的有机液态电解质存在可燃的潜在危险,寻找可燃性低、安全、可靠性高的电解质对提高电池安全性显得尤为重要。无机固态电解质因其优异的热稳定性,低可燃性以及高化学稳定性,非常有希望应用于下一代储能装置中。与此同时,考虑到锂离子电池的成本以及锂资源在地球上的储量问题,越来越多的研究者将目光转移到钠离子电池上。由于其丰富的储量和较低的氧化还原电势,钠离子电池的材料成本更低而且具有与锂离子电池相媲美的电化学性能。然而,与锂离子电池一样,基于有机液态电解质的钠离子电池也受限于安全问题。因此,开发出理想的钠离子可传导固态电解质对于提高钠离子电池安全性和可靠性具有重大意义。

近日,首尔国立大学的Kisuk Kang教授研究组总结了关于钠离子可传导固态电解质的研究进展。从材料设计和选择角度出发,指出理想的钠离子可传导固态电解质应具有高离子电导、低弹性模量以及高化学稳定性。同时,作者以氧化物、硫化物和氢化物三类钠离子可传导固态电解质为例,重点讨论并总结了形貌控制和掺杂剂的添加/替代等手段对材料离子电导、机械加工性以及化学稳定性各方面的影响。基于对已有研究进展的总结,作者认为,相较于其他方法,阴离子替代能更有效地提高钠离子可传导固态电解质性能。但是由于合成难度大,这方面的研究非常有限。另外,除了通过对已有的钠离子固态电解质的结构进行调节之外,开发一些具有高离子电导的钠离子固态电解质新结构、综合考虑活性材料与固态电解质之间的界面反应等也是构筑高性能全固态钠离子电池的关键。相关工作发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700219) 上 (Progress in the Development of Sodium-Ion Solid Electrolytes)。