中科院宁波材料所姚霞银团队：柔性钠电复合固体电解质助力高性能固态钠电池

    固态钠电池由于原料成本低，能量密度高，安全性能出色等优势，有望成为下一代理想的储能器件。其中，NASICON氧化物固体电解质由于高的离子电导率和良好的化学稳定性，是固态钠电池的热点材料之一，但是其质脆、界面接触差、电解质片厚（几百微米到1mm）阻碍了实际应用。引入柔性聚合物成分以制备高固含量的复合固体电解质是一种有效的解决策略，其能发挥聚合物和NASICON电解质各自的优势并具有优异的热稳定性和机械性能。然而实现高的离子电导率，良好的柔韧性以及优异的电解质/电极界面接触对于高固含量的复合固体电解质仍是巨大的挑战。

    近日，中科院宁波材料所姚霞银研究员课题组利用Na_3.4Zr_1.9Zn_0.1Si_2.2P_0.8O₁₂（80 wt%）电解质颗粒，通过复合适量的聚环氧乙烷（PEO）电解质（12 wt%）以及吡咯烷类离子液体[Py₁₃]⁺[NTf₂]^-（8 wt%），制备得到了一种柔性、阻燃和高离子电导率的高固含量复合固体电解质。该复合固体电解质固含量达到80 wt%，室温离子电导率为1.48×10^-4 S cm^-1，展示了优异的热稳定性和对钠稳定性。采用该电解质组装的陶瓷基Na₃V₂(PO₄)₃//Na固态钠电池在25℃和60℃时均展示了优异的电化学性能。25℃下，0.2C循环150圈后，容量保持率为85.4%；60℃时，0.5C循环150圈容量保持率达到90.0%。此外，装配的Na₃V₂(PO₄)₃//Na软包电池展示了出色的柔韧性和安全性能。

   该团队通过一种简单且有效的策略，成功制备得到了固含量高达80 wt%的柔性NASICON复合固体电解质NZP-PEO@IL，该复合固体电解质展示了高的室温离子电导率（1.48×10^-4 S cm^-1），出色的热稳定性和阻燃性，以及优异的对钠金属电极稳定性。将该电解质成功应用于固态钠电池，在25℃和60℃下均展示了优异的电化学性能。此外，基于NZP-PEO@IL的软包钠电池具有良好的柔韧性和安全性。该工作提供了高固含量复合固体电解质的一种制备方法，表明了其在固态钠电池中的潜在应用价值。

作者简介：

沈麟 2017年获北京化工大学材料学院学士学位，同年9月起在中国科学院宁波材料技术与工程研究所固态二次电池团队攻读博士学位，研究方向为发展具有高离子电导和优异界面性能的固态电解质，并促进其在固态电池中的应用。

杨菁 博士，助理研究员。2017在武汉理工大学材料学院获博士学位。同年在中国科学院宁波材料技术与工程研究所做博士后。现为宁波材料所助理研究员。目前研究方向为NASICON结构固体电解质材料、全固态电池及固体电解质界面改性。与合作者已在ACS Energy Letters、Energy Storage Materials、Nano Letters等期刊上发表论文，申请发明专利和实用新型10项，已授权3项。

姚霞银 博士，研究员，博士生导师，中国科学院宁波材料技术与工程研究所固态二次电池团队负责人。2009年毕业于中国科学院固体物理研究所&宁波材料技术与工程研究所，获工学博士学位，并获中国科学院院长优秀奖。同年7月起在中国科学院宁波材料技术与工程研究所从事科研工作，期间曾先后在韩国汉阳大学、新加坡南洋理工大学、美国马里兰大学从事储能材料研究。目前研究兴趣集中于全固态二次电池关键材料及技术研究，迄今为止，与合作者一起在Advanced Materials、Nano Letters、Advanced Energy Materials、Nano Today、ACS Nano、Nano Energy、ACS Energy Letters、Energy Storage Materials等材料及新能源领域期刊上发表论文140余篇，申请发明专利50余项。担任中国化工学会第二届储能工程专业委员会委员，《储能科学与技术》杂志第三届编辑委员会委员。