三站点共掺杂NASICON型Na0.97 K0.03 Ti1.95 Al0.05 (PO4 )2.95 (SiO4 )0.05 /C材料：提升钠离子电池倍率性能与循环稳定性的原子级工程

为解决钠离子电池（SIBs）负极材料NaTi2 (PO4 )3 （NTP）电子电导率低、高倍率性能差的问题，研究人员通过K+ 、Al3+ 和SiO4 4? 三站点共掺杂策略协同优化NTP材料。所得NTP-KAS在10 mA g?1 下容量提升17.2%，3000次循环后容量保持率达92.27%，为高稳定性SIBs设计提供了新思路。

　　

随着锂资源短缺和价格波动加剧，钠离子电池（SIBs）因其资源丰富和成本优势成为储能领域的研究热点。然而，钠离子较大的半径（1.02 ?）和较高氧化还原电位（?2.71 V）对电极材料提出了严峻挑战。NASICON（钠超离子导体）结构的NaTi₂
(PO₄
)₃
（NTP）因其三维开放框架和高理论容量（133 mAh g^?1
）被视为理想负极，但本征电子电导率低导致其高倍率性能和循环稳定性不足。

为解决这一难题，中国三峡集团等机构的研究团队创新性地提出K⁺
（Na位）、Al³⁺
（Ti位）和SiO₄
^4?
（PO₄
位）三站点共掺杂策略，通过溶胶-凝胶法成功制备Na_0.97
K_0.03
Ti_1.95
Al_0.05
(PO₄
)_2.95
(SiO₄
)_0.05
/C（NTP-KAS）复合材料。研究采用X射线衍射（XRD）精修、恒电流间歇滴定技术（GITT）和电化学阻抗谱（EIS）等表征手段，系统分析了材料的结构演变与性能提升机制。

材料表征
XRD精修显示NTP-KAS保持R3?c空间群结构，晶胞参数a=b=8.483902 ?，较未掺杂NTP扩大0.08%，有利于Na⁺
扩散。XPS价态分析证实Al³⁺
掺杂诱导Ti³⁺
/Ti⁴⁺
混合价态，提升电子电导率。

电化学性能
NTP-KAS在10 mA g^?1
下实现129.3 mAh g^?1
的初始容量，接近理论值。1.0 A g^?1
下3000次循环后容量保持率高达92.27%，衰减率仅0.0026%/次。GITT测试表明Na⁺
扩散系数提升至10^?9
–10^?12
cm²
s^?1
，较原始材料（10^?10
–10^?14
cm²
s^?1
）显著优化。

结论与意义
该研究通过原子尺度多离子协同工程，首次实现NASICON材料Na/Ti/PO₄
三站点同步修饰：K⁺
拓宽Na⁺
传输通道，Al³⁺
稳定晶体框架，SiO₄
^4?
提升储钠容量。成果发表于《Journal of Materials Science》，为设计高能量密度、长寿命SIBs提供了新范式，其“阴-阳离子共调控”策略可拓展至其他电极材料体系。