良好なサイクル性能を有する固体ナトリウムイオン電池のためのハイブリッド固体電解質

A hybrid solid electrolyte for solid-state sodium ion batteries with good cycle performance.

• Meng Cheng
• Tao Qu
• Jie Zi
• Yaochun Yao
• Feng Liang
• Wenhui Ma
• Bin Yang
• Yong Nian Dai
• Yong Lei

抄録

Na3Zr2Si2PO4O12(NASICON)セラミック粒子からなるポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVDF-HFP)ポリマーをベースとしたセラミックインポリマーハイブリッド固体電解質(HSE)を簡単な溶液鋳造法により作製し、その後、液体電解質中で活性化した。得られたHSEは、柔軟性に優れ、室温で2.25×10-3 Scm-1の高いイオン伝導度を有し、界面安定性に優れていることがわかった。HSEを用いた固体型ナトリウムイオン電池は、0.2℃で98mAh-g-1の可逆容量を実現し、0.5℃で175サイクル後に85%の容量保持率を示すナシコンのセラミック固体電解質よりも優れた電気化学的性能を示します。ポリマーHSEにおけるセラミック中のNaイオン伝導度の模式図を示した。高いイオン伝導性と電極との界面接触のための良好な柔軟性を持つ提案されたHSEは、異なる固体電池の設計戦略を提供するものである。

A ceramic in polymer hybrid solid electrolyte (HSE) based on a poly vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) polymer comprising Na3Zr2Si2PO4O12 (NASICON) ceramic particles was prepared by a simple solution casting method followed by activation in a liquid electrolyte. The obtained HSE has good flexibility, high ionic conductivity of 2.25×10-3 Scm-1 at room temperature, and good interface stability. The solid-state sodium ion batteries based on HSE exhibit better electrochemical performance than that of NASICON ceramic solid electrolytes, which delivers a reversible capacity of 98 mAh•g-1 at 0.2 C and exhibits good capacity retention of 85% after 175 cycles at 0.5 C. HSE not only inherits great flexibility and good interfacial contact with electrodes, but also exhibits improved ionic conductivity at room temperature. The schematic diagram of Na-ion conductivity in ceramic in polymer HSE was illustrated. The proposed HSE with high ionic conductivity and good flexibility for interfacial contact with electrodes shall provide a designing strategy for different solid-state batteries.

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