铁基混合磷酸盐正极材料在钠离子电池中的稳定性与动力学双重调控及其全气候应用研究

来自某研究团队的研究人员针对钠离子电池正极材料Na4Fe3(PO4)2P2O7（NFPP）中钠离子占位与扩散机制不明确的问题，通过调控铁价态设计出非化学计量材料Na4.024Fe2.921(PO4)2P2O7，实现了惰性钠离子有序化排布，显著提升材料稳定性和离子动力学性能。该材料在10,000次循环后容量保持率达90.7%，全电池在-40~45°C宽温域表现出优异性能，为先进正极材料设计提供了新思路。

　　

铁基混合磷酸盐Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇（NFPP）因其低成本与环境友好性成为钠离子电池代表性正极材料。其钠离子行为受四种晶体学差异位点调控，但占位机制与扩散动力学尚未完全阐明。研究团队通过制备过程中调控铁价态，提出可缩放合成策略，获得具有可调局部结构的NFPP材料。非化学计量化合物Na_4.024Fe_2.921(PO₄)₂P₂O₇在惰性钠离子有序性与比例间取得最佳平衡——这些有序惰性钠离子作为结构支柱，相较无序体系显著增强稳定性。优化后的钠环境协同提升热稳定性与钠离子动力学性能，正极材料表现出卓越倍率性能与循环稳定性（10,000次循环后容量保持率90.7%）。脱钠过程中仅4.18%的晶格体积变化印证了其优异稳定性。进一步地，以千克级正极与硬碳负极组装的圆柱全电池在-40至45°C宽温度范围内均展现出色性能。该研究揭示了局部环境与电化学性能的关键关联，为先进正极材料设计提供了重要见解。