钠离子电池关键正极添加剂：高通量筛选解锁补钠材料研发的广阔化学空间

钠离子电池因资源丰富而被视为大规模储能的重要技术，但其首次充电过程中硬碳负极形成SEI膜会不可逆消耗活性钠离子，导致能量密度和循环寿命下降。本研究针对这一瓶颈，采用高通量筛选策略从Materials Project数据库中将近5000种含钠化合物筛选出52种潜在预钠化添加剂。研究成功合成了Na4FeO4、Na4TiO4、Na5FeO4及Na5NiO4等代表性材料，其中Na4FeO4表现出451 mAh/g的首圈充电容量，且94.5%的容量在4V以下释放，与正极电压窗口兼容。通过DFT计算、微分电化学质谱、非原位XRD及同步辐射XAS等手段阐明了其不可逆分解机理，即Fe从+4价还原为+3价，电荷补偿由氧氧化释放O2主导。在全电池测试中，添加15 wt% Na4FeO4的HC||NaNi0.33Fe0.33Mn0.33O2全电池首次放电容量提升至141.3 mAh/g，能量密度提升24.5%，200圈后容量保持率83%。研究还验证了其在Na3V2(PO4)3等多种正极体系中的普适性，并指出预钠化对钠离子电池的能量密度增益远高于锂离子电池中的预锂化。本研究不仅开发了高效正极预钠化添加剂，也为未来材料的高通量筛选与理性设计建立了方法框架。