Yang-Kook Sun院士最新Nature子刊：用于钠离子电池的高能量密度和长循环寿命的O3型层状正极材料

导语

在新能源材料领域，钠离子电池因其低成本和高能量密度的显著优势，正成为全球研究的热点。然而，O3型层状氧化物正极材料在实际应用中面临着电池容量快速衰减的挑战，这严重制约了其商业化进程。近日，韩国汉阳大学的Yang-Kook Sun教授团队在《Nature Communications》上发表了一项突破性研究成果，成功研发出一种兼具高能量密度与长循环寿命的O3型复合正极材料。这一成果不仅在学术界引起了广泛关注，也为中科精研在高性能材料研发领域的探索提供了重要参考。

研究亮点

界面重构策略：通过快离子导体NaCaPO4表面包覆层与梯度Ca2+掺杂内界面层的协同作用，显著提升了O3型层状氧化物正极材料的表面化学稳定性和离子扩散能力。

卓越的电化学性能：优化后的复合正极材料在高电压及-10至50°C的宽温度区间内展现出优异的电化学性能，循环300圈后容量保持率高达82.9%，充分证明了该策略的实用潜力。

普适性与扩展性：该界面重构策略具备良好的通用性，有望广泛应用于其他层状氧化物正极材料的研发，为高性能钠离子电池正极材料的开发提供了重要理论支持。

图文解读

材料设计与表征

图1：展示了复合正极材料的示意图和结构表征，揭示了界面重构层的微观结构和组成。

图2：通过表面特征图展示了NaCaPO4表面包覆层的均匀性和稳定性，验证了界面重构层的成功构筑。

电化学性能

图3：NFMMT/NaCaPO4在Na半电池中的电化学性能图表明，该材料在不同倍率下均展现出优异的充放电性能。

图4：在钠离子全电池和无负极钠电池中的测试结果进一步验证了其实际应用的可行性，尤其是在极端温度条件下的稳定性。

结构与动力学分析

图5：通过结构和动力学分析图，揭示了梯度Ca2+掺杂对离子扩散和相变过程的调控作用。

图6：循环后的晶体结构和表面化学成分分析表明，界面重构层在长期使用中仍能保持良好的稳定性。

图7：理论计算和模拟图证实了Ca2+掺杂对抑制晶格失配和内应力积累的有效性。

图8：展示了界面重构策略的原理和可扩展性，为未来材料设计提供了理论依据。

总结展望

本研究通过界面重构策略，成功解决了O3型层状氧化物正极材料在钠离子电池中的界面退化与机械失效难题。保护涂层不仅构建了快速离子扩散通道，还显著提升了材料的倍率性能与热/空气稳定性。优化后的正极材料在高压、高温及低温极端条件下仍保持稳健的循环性能，展现了巨大的应用潜力。该策略的普适性为层状氧化物材料体系提供了通用优化方案，为高性能钠离子电池正极材料的研发提供了重要的理论支持。

在新能源材料研发的道路上，中科精研始终致力于探索创新，为推动行业发展贡献力量。我们深知材料性能的优化对于新能源技术突破的重要性，正如上述研究中通过界面重构策略提升钠离子电池正极材料性能一样，中科精研也在不断探索各种材料的优化方案，以满足不同应用场景的需求。未来，中科精研将继续携手各方科研力量，共同攻克技术难题，助力新能源产业迈向新的高度。

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