【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院合肥物質院固體所趙邦傳研究員團隊在鈉離子電池正極材料研發中取得重要進展。團隊通過采用“鍵結構調控+界面修飾”的多尺度“內外兼修”協同改性策略，實現了磷酸釩錳鈉(Na4MnV(PO4)3，NMVP)正極材料中鈉離子的快速傳輸和優異循環穩定性。相關研究成果以“Boosting Long-Life Sodium Storage of Na4MnV(PO4)3 via Synergistic Bond Structure Regulation and Interfacial Modification”為題發表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater, 2025, DOI: 10.1002/adfm.202523851)上。
發展低成本、高安全性的大規模儲能技術(如電化學儲能)，是推動我國能源結構轉型的關鍵。在各類電化學儲能技術中，鋰離子電池雖是目前商業化應用最廣泛、技術成熟度最高的技術路線之一，但鈉離子電池憑借鈉資源儲量豐富和成本低廉等優勢，正逐漸成為鋰離子電池在大規模儲能等場景中的重要補充。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放框架、高工作電壓及良好的結構穩定性，是一種前景廣闊的鈉電正極材料。然而，其本征電子電導率較低，且充放電過程中Mn3+離子易引發Jahn-Teller(J-T)畸變，共同制約了其離子擴散效率與循環穩定性，限制了其實際應用。
為解決上述問題，研究團隊提出了一種體相與表面協同強化的改性思路：在體相釩位點引入高價態、小半徑的Mo6+離子，通過優化Mn的局部配位環境增強Mn-O鍵強度、有效抑制J-T畸變，同時縮小帶隙以提升材料的電子導電性；在表面構建均勻的Al2O3包覆層，既能穩定電極/電解質界面、抑制Mn溶出，又能促進鈉離子界面傳輸。這種多尺度(從原子尺度至微米尺度)“內外兼修”的協同改性策略，系統優化了材料的電化學行為，顯著改善了材料的電化學性能。測試結果表明，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99.3 mAh g-¹，即使在10 C的高倍率下循環3000次后，容量保持率仍高達84.5%，遠超未改性材料及其它已報道的NASICON型正極材料。進一步分析證實，改性后材料在充放電過程中的體積變化僅為3.66%，展現出極高的結構可逆性和穩定性。
該工作不僅為NMVP正極的實際應用奠定了堅實的實驗與技術基礎，還為其它聚陰離子型電極材料的設計提供借鑒，對推動高穩定性、長壽命鈉離子電池的發展具有積極意義。
論文第一作者為博士研究生王思雅，趙邦傳研究員與王佩瑤博士后為共同通訊作者。相關研究得到中國科學院儀器功能開發項目、特別研究助理項目、安徽省重點研發計劃及合肥市關鍵技術研發項目等支持。
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