当前，钠离子电池因其高经济效益、丰富的资源以及较好的电化学性能而被广泛关注，尤其在大规模能源存储系统中具有巨大的潜力。然而，钠离子电池的高能量密度和长循环寿命仍然是其应用的关键挑战。在高电压下，层状氧化物正极面临晶格氧不可逆损失、电极与电解质界面副反应等问题。同时，由于钠离子嵌入/脱出过程中的各向异性晶格膨胀和收缩会引起严重的体积变化，造成二次颗粒内应力积累。此外，取向各异的Na+通路及晶界不仅限制了Na+的扩散，也使颗粒内Na+分布不均，产生内应力和局部晶格失配。随着循环过程的进行逐渐产生晶间裂纹和晶内裂纹，加速电解液渗透和界面副反应，造成正极材料的失效。当前钠离子电池中主要通过元素掺杂或表面包覆缓解体积变化和界面稳定性问题，但这无法解决材料本身存在的问题。

【工作简介】

近日，东北大学骆文彬教授团队以O3型锰基层状氧化物为研究对象，通过高温淬火策略构建了兼具机械-化学稳定性的富缺陷复合结构锰基层状氧化物，其独特的复合/缺陷结构和界面钝化效应的协同作用，有效解决了锰基层状氧化物在高压钠离子电池应用中面临的问题。所得材料在4.5V高电压窗口下展现出优异的性能。该文章发表在国际期刊Angewandte Chemie上。东北大学博士生杨东润为本文第一作者。

【内容表述】

通过淬火得到的样品表面存在大量位错、卷曲等缺陷，同时，由于淬火界面发生钠离子的流失，退火处理过程中钠离子的重新分布形成复合结构。优化淬火水溶液成分后，成功在淬火样品中引入了氟离子。所得最终样品平均杨氏模量提高显著，表现出更优异的机械性能。

通过循环后电极的表征和DFT计算研究发现，表面氟化有效抑制了过渡金属迁移和溶解，减轻了材料表面副反应。同时复合结构中，氟离子通过强电负性锚定作用增强了表面P2结构中晶格氧的稳定性，缩小了带隙，提升了电子导电性。对于内部O3结构而言，氟离子的渗入同样优化了材料内部的电子导电性以及降低体相钠离子的扩散能垒，提升了动力学性能。

通过对O3型锰基正极采用淬火策略后，设计得到的P2/P3/O3-Na0.89Ni0.3Mn0.55Cu0.1Ti0.05O1.94F0.06在1.5-4.5V的宽电压范围内表现出卓越的电化学性能，在 0.1 C（1 C = 150 mA g-1）条件下的可逆容量为187.6 mAh g-1。在0.5 C和1 C下循环 200 次后，可逆容量分别为 133.13 mAh g-1 和 121.89 mAh g-1，保持率分别为87.17%和90.4%。同时，在其与硬碳负极组装而成的全电池中也表现出很好的稳定性。这项工作为钠离子电池高性能复合正极材料的开发和稳定机制提供了新的途径和见解。

【文献详情】

Dongrun Yang, Chen Liu, Xuan-Wen Gao, Zhiwei Zhao, Qinfen Gu, Yutong Long, Qingsong Lai, Hong Chen, Zhaomeng Liu, Wen-Bin Luo, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202500939.