我国科研团队在高性能钠离子电池正极材料研发方面取得新进展

核心摘要

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所赵邦传研究员团队在钠离子电池正极材料研发中取得重要进展。在聚阴离子型钠离子电池正极材料中，NASICON型磷酸钒锰钠因具有三维开放框架、高工作电压及良好的结构稳定性，是一种前景广阔的钠电正极材料。进一步分析证实，改性后材料在充放电过程中的体积变化仅为3.66%，展现出极高的结构可逆性和稳定性。

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所赵邦传研究员团队在钠离子电池正极材料研发中取得重要进展。团队通过采用“键结构调控+界面修饰”的多尺度“内外兼修”协同改性策略，实现了磷酸钒锰钠（Na4MnV(PO4)3，NMVP）正极材料中钠离子的快速传输和优异循环稳定性。相关研究成果以“Boosting Long-Life Sodium Storage of Na4MnV(PO₄)₃via Synergistic Bond Structure Regulation and Interfacial Modification”为题发表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater, 2025, DOI: 10.1002/adfm.202523851)上。

发展低成本、高安全性的大规模储能技术（如电化学储能），是推动我国能源结构转型的关键。在各类电化学储能技术中，锂离子电池虽是目前商业化应用最广泛、技术成熟度最高的技术路线之一，但钠离子电池凭借钠资源储量丰富和成本低廉等优势，正逐渐成为锂离子电池在大规模储能等场景中的重要补充。在聚阴离子型钠离子电池正极材料中，NASICON型磷酸钒锰钠因具有三维开放框架、高工作电压及良好的结构稳定性，是一种前景广阔的钠电正极材料。然而，其本征电子电导率较低，且充放电过程中Mn3+离子易引发Jahn-Teller（J-T）畸变，共同制约了其离子扩散效率与循环稳定性，限制了其实际应用。

为解决上述问题，研究团队提出了一种体相与表面协同强化的改性思路：在体相钒位点引入高价态、小半径的Mo6+离子，通过优化Mn的局部配位环境增强Mn-O键强度、有效抑制J-T畸变，同时缩小带隙以提升材料的电子导电性；在表面构建均匀的Al2O3包覆层，既能稳定电极/电解质界面、抑制Mn溶出，又能促进钠离子界面传输。这种多尺度（从原子尺度至微米尺度）“内外兼修”的协同改性策略，系统优化了材料的电化学行为，显著改善了材料的电化学性能。测试结果表明，改性后的Na_3.91MnV_0.97Mo_0.03(PO₄)₃@Al₂O₃（NMVMP@Al₂O₃）在0.1 C倍率下，初始放电容量可达99.3 mAhg-1，即使在10 C的高倍率下循环3000次后，容量保持率仍高达84.5%，远超未改性材料及其它已报道的NASICON型正极材料。进一步分析证实，改性后材料在充放电过程中的体积变化仅为3.66%，展现出极高的结构可逆性和稳定性。

该工作不仅为NMVP正极的实际应用奠定了坚实的实验与技术基础，还为其它聚阴离子型电极材料的设计提供借鉴，对推动高稳定性、长寿命钠离子电池的发展具有积极意义。相关研究得到中国科学院仪器功能开发项目、特别研究助理项目、安徽省重点研发计划及合肥市关键技术研发项目等支持。论文第一作者为合肥物质院博士研究生王思雅，赵邦传研究员与王佩瑶博士后为共同通讯作者。