徐小刚， 祝 铭， 顾中华

（上海电气钠硫储能技术有限公司 陶瓷工程化室，上海201815）

钠 β″氧化铝（Sodium－β″－Aluminum，Na－β″－Al2O3）陶瓷由于具有优良的钠离子传导性能而被用作钠硫电池的电解质材料，以金属钠为负极，单质硫为正极，钠硫电池具有原材料成本低、能量密度大、功率高等优点［1］。钠硫电池在放电过程中，负极的钠放出电子形成Na＋离子，正极的硫得到电子形成S2－x离子团，在电化学势作用下负极生成的Na＋离子经Na－β″－Al2O3陶瓷电解质迁移至正极与相结合生成多硫化钠（Na2Sx）；而在充电过程中，多硫化钠分解离子团释放出电子到外电路重新转变为单质硫沉积，Na＋离子在外部电压作用下再次经Na－β″－Al2O3电解质回到负极生成单质钠［2］。整个钠硫电池体系中，Na－β″－Al2O3陶瓷管既是电解质，作为 Na＋离子在正负极之间迁移的载体，又起到隔膜的作用，防止正负极材料之间的直接接触，因而被认为是最重要的核心组成部件［3－4］。

理想结构的 Na－β″－Al2O3化学式为 Na2O·5.33Al2O3，其晶格常数为a＝b＝0.559nm，c＝3.395nm。在 Na－β″－Al2O3晶体中，Na＋离子只能延垂直于c轴方向的ab面进行二维传导，而在平行于c轴方向几乎不存在离子导电性。在Na＋离子传导面上，存在着大量的空位并形成通道以供Na＋离子的迁移；在相邻的两层Na＋离子传到面之间，一般存在由4层O原子构成的密堆积结构，Al原子则占据在其中的四面体或八面体空隙［422－33］。有研究表明，理想结构的 Na－β″－Al2O3晶体在温度升高到1 400℃左右时会发生相转变，逐渐有β相形成，当温度达到1 500℃时，相变过程结束，Na－β″－Al2O3几乎完全转变为β－Al2O3。为了提高 Na－β″－Al2O3的热稳定性，一般采用离子掺杂的方法向Na－β″－Al2O3晶格中引入其他的阳离子如Li＋，Mg2＋等，可以取代基块中的Al3＋达到稳定 Na－β″－Al2O3相的效果［5－8］。……