从离子动力学角度理解固态钠金属电池用陶瓷电解质的Na+导电性及其失效演变过程

《Advanced Energy Materials》：Understanding the Na+ Conductance and Failure Evolution of Ceramic Electrolytes for Solid-State Sodium Metal Batteries from Ion Dynamics

钠金属固态电池陶瓷电解质失效机制研究：通过NaF添加调控NZSP电解质缺陷浓度和晶体化学，结合电化学阻抗谱与动态表征，揭示枝晶生长与SEI形成两种失效模式。提出基于SEI弛豫分布函数γSEI的失效预测模型，并通过DRT分析实现失效方向诊断。

　　

摘要

陶瓷电解质（CEs）具有较高的离子导电性和出色的稳定性，有助于提升固态钠金属电池（SSMBs）的性能和安全性。然而，多晶材料中不可避免存在的缺陷和紊乱现象给理解CEs内的离子传输机制和失效机制带来了挑战。要解决这些问题，需要分离复杂的离子动态过程。本文通过添加NaF制备了不同缺陷浓度和晶体化学性质的Na₃Zr₂Si₂PO₁₂（NZSP）陶瓷电解质，并对其在与金属钠电极进行电化学循环过程中的失效演变进行了定性和半定量分析。动态表征揭示了晶界处非晶界层中的原子相互作用与材料松弛行为之间的关联。此外，提出了两种描述CEs失效演变的模型：一种以枝晶生长为主，另一种以钠沉积/剥离过程中固体-电解质界面（SEI）的形成为主。在后一种模型中，基于电化学阻抗谱分析得到的SEI松弛分布函数（γSEI）被用作判断和预测失效演变方向的标准。本研究为CEs的失效演变机制提供了新的见解，并证明了基于松弛时间分布（DRT）的诊断方法在优化固态钠金属电池方面的有效性。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。