​孙学良Matter：超离子非晶NaTaCl6卤化物电解质用于稳定全固态钠离子电池

对于全固态钠离子电池（ASSNIB）来说，设计具有高离子电导率和与正极材料优异的化学/机械兼容性的钠离子固体电解质（SE）仍然是一个挑战。

在此，西安大略大学孙学良团队成功设计并合成了一种新型的无定形NaTaCl₆卤化物SE，在室温下具有前所未有的4×10⁻³ S cm⁻¹的离子电导率。特殊的离子导电性源于独特的重建的无定形聚（TaCl₆）八面体网络，通过高能机械化学反应削弱了Na-Cl相互作用。

值得注意的是，当在ASSNIBs中与Na₃V₂（PO₄）₃正极偶联时，无定形NaTaCl₆卤化物SE表现出显著的机械变形性、化学/电化学稳定性和优异的电化学性能，导致99.60%的显著初始库仑效率、优异的倍率性能（在2C下保持85%的容量），以及稳定的长循环曲线（在3/1/0.5C下4000/600/1500次循环后81%/95%/98%的容量保持率）。

图1. 无定形 NaTaCl₆ SE 中无序钠离子超导结构的表征

总之，该工作介绍了一种无定形NaTaCl₆卤化物固体电解质的设计和合成过程，这种电解质与无机正极搭配使用时，具有高离子电导率、高变形性和出色的化学/电化学稳定性等显著特性。无定形 NaTaCl₆ 在室温下的离子电导率达到了创纪录的 4 x 10^-3 S cm^-1，这归功于Na-Cl相互作用的减弱以及无定形聚（TaCl₆）八面体网络的形成，从而促进了Na⁺离子在无定形卤化物基质中的快速迁移。

此外，该项研究首次成功地将卤化钠离子电解质与多阴离子型 Na₃V₂(PO₄)₃ 正极结合在一起，而且所报告的ASSNIBs的综合性能超过了之前报告的所有结果。所制备的ASSNIB在室温和高温条件下均表现出令人印象深刻的ICE值（99.60%）、优异的倍率性能（78%，3C）和长循环稳定性（81% @ 4000 周期）。因此，该工作为进一步开发新型卤化钠离子电解质和了解钠离子传导机制提供了启示，有助于推动高性能 ASSNIB 的发展。

图2. 全电池的长循环性能

Superionic amorphous NaTaCl6 halide electrolyte for highly reversible all-solid-state Na-ion batteries, Matter 2024 DOI: 10.1016/j.matt.2023.12.01