IT之家 1 月 13 日消息，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所趙邦傳研究員團(tuán)隊(duì)在鈉離子電池正極材料研發(fā)中取得重要進(jìn)展。
該團(tuán)隊(duì)通過(guò)采用“鍵結(jié)構(gòu)調(diào)控 + 界面修飾”的多尺度“內(nèi)外兼修”協(xié)同改性策略，實(shí)現(xiàn)了磷酸釩錳鈉（Na4MnV(PO4)3，NMVP）正極材料中鈉離子的快速傳輸和優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性。
相關(guān)研究成果于 2025 年底發(fā)表在 Advanced Functional Materials?(Adv. Funct. Mater, 2025, DOI: 10.1002/adfm.202523851) 上。
鈉離子電池憑借鈉資源儲(chǔ)量豐富和成本低廉等優(yōu)勢(shì)，正逐漸成為鋰離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能等場(chǎng)景中的重要補(bǔ)充。在聚陰離子型鈉離子電池正極材料中，NASICON 型磷酸釩錳鈉因具有三維開(kāi)放框架、高工作電壓及良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是一種前景廣闊的鈉電正極材料。然而，其本征電子電導(dǎo)率較低，且充放電過(guò)程中 Mn3+ 離子易引發(fā) Jahn-Teller（J-T）畸變，共同制約了其離子擴(kuò)散效率與循環(huán)穩(wěn)定性，限制了其實(shí)際應(yīng)用。
為解決上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種體相與表面協(xié)同強(qiáng)化的改性思路：在體相釩位點(diǎn)引入高價(jià)態(tài)、小半徑的 Mo6+ 離子，通過(guò)優(yōu)化 Mn 的局部配位環(huán)境增強(qiáng) Mn-O 鍵強(qiáng)度、有效抑制 J-T 畸變，同時(shí)縮小帶隙以提升材料的電子導(dǎo)電性；在表面構(gòu)建均勻的 Al2O3 包覆層，既能穩(wěn)定電極 / 電解質(zhì)界面、抑制 Mn 溶出，又能促進(jìn)鈉離子界面?zhèn)鬏?。這種多尺度（從原子尺度至微米尺度）“內(nèi)外兼修”的協(xié)同改性策略，系統(tǒng)優(yōu)化了材料的電化學(xué)行為，顯著改善了材料的電化學(xué)性能。
測(cè)試結(jié)果表明，改性后的 Na3.91MnV0.97Mo0.03 (PO4)3@Al2O3（NMVMP@Al2O3）在 0.1 C 倍率下，初始放電容量可達(dá) 99.3 mAhg-1，即使在 10 C 的高倍率下循環(huán) 3000 次后，容量保持率仍高達(dá) 84.5%，遠(yuǎn)超未改性材料及其它已報(bào)道的 NASICON 型正極材料。進(jìn)一步分析證實(shí)，改性后材料在充放電過(guò)程中的體積變化僅為 3.66%，展現(xiàn)出極高的結(jié)構(gòu)可逆性和穩(wěn)定性。
該工作不僅為 NMVP 正極的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)與技術(shù)基礎(chǔ)，還為其它聚陰離子型電極材料的設(shè)計(jì)提供借鑒，對(duì)推動(dòng)高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命鈉離子電池的發(fā)展具有積極意義。
論文第一作者為合肥物質(zhì)院博士研究生王思雅，趙邦傳研究員與王佩瑤博士后為共同通訊作者。
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https://doi.org/10.1002/adfm.202523851
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