通过协同相工程与位点选择性取代合理设计高熵层状氧化物正极实现空气稳定且长寿命的钠离子电池

本文针对钠离子电池层状氧化物正极材料存在的结构稳定性差、空气/水稳定性不足及高电压下易发生不可逆相变等关键问题，提出了一种“相工程+位点选择性取代”的协同设计策略。研究团队通过构建P2/O3双相异质结构，并引入Na位Zn取代及过渡金属层Cu/Mg协同调控，成功设计了新型高熵层状氧化物正极材料P2/O3-Na8M。Zn²⁺的支柱效应有效抑制了高电压相变和水分子插层；Cu取代增强TM-O共价键，抑制氧损失；Mg调控阳离子势并降低Mn³⁺含量，缓解Jahn-Teller畸变。实验结果显示，该材料在1.8-4.4 V宽电压窗口下实现150 mAh g⁻¹的高容量，5 C循环300圈后容量保持率达80.8%，且在空气/水环境中暴露35天后仍保持优异的结构与电化学稳定性。基于此正极的全电池实现了281.2 Wh kg⁻¹的高能量密度和长循环寿命。该研究为开发高稳定性、长寿命的钠离子电池正极材料提供了新思路。