湘大团队开发出钠离子电池正极材料全新结构

钠（Na）资源的丰富性使钠离子电池（SIBs）成为大规模、经济高效储能的极具前景的选择，但层状过渡金属氧化物正极（尤其是P型）在充放电过程中面临着复杂的相变和严重的电压滞后问题，这极大地限制了实际能量密度和循环寿命。

近日，湘潭大学化学学院刘黎教授团队从晶体学对称性出发，揭示其在调控离子传输动力学与结构稳定性方面的内在关联机制，提出了一种极具突破性的“面外对称性设计”（Out-Of-Plane Symmetry Design），该研究成果的结构设计策略具备良好的普适性，有望拓展至其他层状电极体系，为高性能电极材料的理性设计提供新范式，并为钠离子电池由实验室研究迈向实际应用与产业化发展提供重要的技术参考。

研究成果《基于面外对称性设计抑制层状框架的结构演化并实现可持续钠传输》（Out-Of-Plane Symmetry Design Arrests Structural Evolution in Layered-Type Framework for Sustainable Sodium Shuttling）发表于化学领域国际顶级期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)。湘潭大学化学学院刘黎教授、南京航空航天大学裴一教授、南开大学焦丽芳教授为论文通讯作者，湘潭大学化学学院博士生任翘楚为论文第一作者，湘潭大学为论文第一完成单位。

钠离子电池因其层状过渡金属氧化物正极（尤其是P型）具有宽阔的钠离子传输通道而备受关注，但在充放电过程中面临着复杂的相变（如当大量钠离子脱出时，过渡金属层容易发生滑移，导致从P相向O相的不可逆转变）和严重的电压滞后问题，极大地限制了其实际能量密度和循环寿命。传统的改性策略多集中在面内（In-Plane）的金属离子掺杂或无序化设计，往往难以根治面外（Out-of-Plane）堆叠次序引发的结构失稳。

刘黎教授团队通过在碱金属层中引入电荷歧化，巧妙地诱导P3型层状材料发生单斜晶格畸变。这种畸变打破了原有的晶体对称性，构建了一种独特的面外对称性（Out-Of-Plane Symmetry）。不同于传统结构，这种新对称性允许P型和O型Na离子间隙位点共存，从而阻断了氧离子的长程有序滑移，有效抑制了有害相变的发生。

研究结果表明，该结构调控策略为高能效、低滞后钠离子电池正极材料的设计与研究提供了全新途径。基于该策略设计所制备的TS-NMNMCO正极材料由于结构演化被有效抑制，材料100圈循环中的平均电压滞后仅0.16V，同时具有高达437 Wh kg⁻¹的能量密度，在100 mA g⁻¹的电流密度下，200圈循环后容量保持率高达80.2%，远超对照组P3-NNMO材料（仅30.3%）。

刘黎教授团队长期致力于新型储能材料与器件的研究，围绕金属离子电池关键材料的设计、结构调控及储能机理开展系统性探索，旨在推动新能源存储与转化领域关键材料的性能优化与应用拓展。