我院谭铭沛等本科生在《Nano Energy》发文：提出钠离子电池正极材料有序结构调控新策略

       近日，我院本科生谭铭沛等在国际知名学术期刊《Nano Energy》上发表了题为“Engineering periodic Ca²⁺ doping to topologically reconfigure Na⁺/vacancy ordering in P2-layered cathode materials for sodium-ion batteries”的研究论文。

       钠离子电池因钠资源丰富、成本低廉，被视为大规模储能领域极具前景的技术之一。其中，P2型层状氧化物正极材料因其高理论容量和开放的离子扩散通道而备受关注。然而，该类材料在实际应用中面临钠离子/空位有序排列及不可逆P2-O2相变两大难题，严重影响结构稳定性和电化学循环寿命。

       传统策略通常通过掺杂异质元素来“破坏”钠离子/空位有序排列，以改善钠离子扩散动力学。受锂离子电池层状氧化物正极材料设计理念的启发，谭铭沛等本科生创新性地提出“拓扑重构”而非“破坏”钠离子/空位有序排列的新思路。团队采用酸辅助搅拌介导的阳离子螯合-再组装方法，成功合成了Ca-Cu双位点掺杂的P2型正极材料（NCNCM），该材料形成了独特的双层有序结构：

• 碱金属层：周期性分布的钙离子（Ca²⁺）并未打乱原有的钠离子/空位有序，而是对其进行“拓扑重构”，形成全新的“周期性分布Ca²⁺-拓扑钠离子/空位有序”结构（见图1）。该结构不仅构建了连续的钠离子扩散通道，降低了扩散能垒，同时强Ca-O键如同“支柱”般有效抑制了有害的P2-O2相变。
• 过渡金属层：形成了Ni/Cu-Mn蜂窝状超晶格，通过诱导效应调控过渡金属与氧的共价性，显著缩小材料带隙，大幅提升电子导电性。

图1. 周期性Ca²⁺掺杂诱导的Na⁺/空位有序排列的拓扑重构示意图

       该双层有序结构通过协同的双向稳定机制，赋予材料卓越的结构完整性和电化学性能。实验表明，NCNCM正极材料实现了142.7 mAh g⁻¹的高放电比容量，在2000 mA g⁻¹的大电流密度下循环200次后容量保持率高达99.8%，并表现出优异的倍率性能。

       该论文第一作者为我院本科生谭铭沛，负责实验工作；何毅一负责理论计算；方琳静、肖曦悦、熊传怡亦参与实验工作。李继玲副教授与刘勇教授为共同通讯作者，分别指导理论计算和实验工作。本研究得到国家自然科学基金和广西重点研发计划项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2026.112243

初审：袁湛楠

审核：田雪林、许俊卿

审核发布：李伯军