综述：新型钠稀土硅酸盐基固态电解质在全固态钠电池中的应用：结构、合成、电导率与界面

本综述系统介绍了新型钠稀土硅酸盐（Na5RESi4O12）固态电解质（SE）的研究进展，重点阐述其晶体结构、室温高离子电导率（10?3 S cm?1）、低温合成特性（900?1100°C）及界面调控策略，为开发高性能全固态钠电池（ASSSBs）提供重要参考。

　　

Abstract

随着锂资源短缺、液态电解质安全隐患及能量密度需求提升，全固态钠电池（ASSSBs）被视为电化学储能领域的重要替代方案。固态电解质（SEs）作为ASSSBs的核心组件，需具备高离子电导率、优异安全性和宽电化学窗口。钠稀土硅酸盐（Na₅RESi₄O₁₂）是一类新兴SE材料，其室温离子电导率可达10^?3 S cm^?1，合成温度仅需900?1100°C，且具有卓越的化学稳定性。通过调控稀土元素（如Sm、Gd、Y、In）种类，可优化其物理化学性质，助力高性能SE的开发。

结构与离子传输机制

Na₅RESi₄O₁₂晶体属于六方晶系，其结构由[SiO₄]四面体和[REO₆]八面体构成三维钠离子迁移通道。稀土元素位点的占位多样性直接影响钠空位浓度与迁移能垒，其中钐（Sm）和钇（Y）掺杂体系表现出最优的离子电导性能。分子动力学模拟表明，钠离子通过协同跳跃机制沿c轴方向迁移，该过程受晶格振动与局部电场共同调控。

合成方法与性能优化

传统固相反应法需高温烧结且易产生杂相，而溶胶-凝胶法与微波烧结技术可有效降低合成温度至800°C以下，并获得更均匀的晶粒分布。共掺杂策略（如Zr⁴⁺/Ca²⁺）可同步提升致密化程度与晶界电导率，使陶瓷片体电导率接近单晶水平。值得注意的是，Na₅YSi₄O₁₂在暴露于潮湿环境时表面会形成碳酸钠钝化层，但体相结构仍保持稳定。

界面工程挑战与策略

尽管Na₅RESi₄O₁₂对钠金属负极具有热力学稳定性（0.5 V vs. Na/Na⁺），但刚性界面接触导致电极/电解质界面阻抗居高不下。采用原位聚合界面层（如聚环氧乙烷基聚合物电解质）可有效抑制枝晶生长并降低界面阻抗至8 Ω cm²。此外，构建梯度化复合电解质（如Na₅GdSi₄O₁₂–NASICON异质结构）能同时优化离子传输路径与机械韧性。

应用前景与展望

当前Na₅RESi₄O₁₂基全电池的能量密度已达320 Wh kg^?1，但循环寿命仍需提升。未来研究应聚焦于多尺度界面表征技术（如原位电子显微术）、机器学习辅助材料设计，以及低成本卷对卷制备工艺的开发。通过跨学科合作推动材料-界面-器件的协同创新，有望加速ASSSBs的商业化进程。