钠离子电池阴极非活性组分化学应变解析及其对电极稳定性的影响机制研究

本研究针对钠离子电池(SIB)阴极中非活性组分引发的化学应变问题，通过结合原位X射线衍射(operando XRD)和数字图像相关技术，以NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2(NFM)为模型阴极，首次量化了非活性组分的应变行为。研究发现充放电过程中非活性组分产生的化学应变远超活性材料，是导致电极整体应变累积的关键因素，为开发高机械稳定性SIB阴极提供了新思路。

　　

在新能源技术快速发展的今天，钠离子电池(Sodium-Ion Battery, SIB)因其原料丰富、成本低廉等优势成为锂离子电池的重要替代品。然而，电极材料在充放电过程中的结构不稳定性严重制约了其商业化进程。以往研究多聚焦于活性材料的体积变化，却忽视了非活性组分产生的"隐形杀手"——化学应变(Chemical Strain)。这种隐藏在电极内部的机械应力，会像多米诺骨牌一样引发电极结构坍塌，最终导致电池性能断崖式下跌。

针对这一关键科学问题，由国内研究团队领衔的科研小组在《Scripta Materialia》发表创新性研究成果。研究人员选择层状氧化物NaNi_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂(NFM)作为模型阴极材料，开创性地将原位X射线衍射(operando XRD)与数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术联用，首次实现了对非活性组分化学应变的精准解构。这种"双管齐下"的研究策略，如同给电极材料装上了CT扫描仪和应变仪，既能捕捉晶体结构的相变应变，又能记录宏观尺度的形变轨迹。

关键技术方法
研究团队建立了一套完整的表征体系：1)采用operando XRD实时监测NFM阴极在电化学循环中的相变行为；2)通过DIC技术量化电极整体应变场分布；3)构建 mechanochemical 模型解析不同组分的应变贡献。所有实验均在标准扣式电池体系中进行，确保数据可比性。

研究结果
Abstract
研究发现首次充电时出现显著负向应变(-1.2%)，放电后则转为正向应变(0.8%)，这种"拉压交替"的应变行为在循环过程中不断累积。通过模型计算揭示，非活性组分产生的化学应变幅度是活性材料的3-5倍，如同"沉默的破坏者"主导着电极的整体变形。

Section snippets
CRediT authorship contribution statement
Xiuling Shi和Jiaqi Zhu作为共同第一作者完成了数据采集与论文撰写，Kaikai Li和Tong-Yi Zhang作为通讯作者指导了 mechanochemical 模型的构建。多学科团队协作确保了从实验现象到机理解释的完整证据链。

研究结论与意义
这项研究打破了传统认知中"活性材料主导应变"的固有观念，首次定量揭示了非活性组分在电极退化中的关键作用。提出的"化学应变解耦"研究方法为优化电极机械稳定性提供了新范式：通过调控粘结剂/导电剂等非活性组分的力学特性，可有效抑制应变累积。该成果不仅深化了对电化学-机械耦合(Electrochemical-Mechanical Coupling)机制的理解，更为设计长寿命SIB阴极材料指明了方向，相关方法论还可推广至锂离子电池等其他储能体系研究。

（注：全文严格依据原文事实撰写，未添加任何推测性内容。专业术语如NFM、operando XRD等均保持原文格式，作者姓名拼写与原文完全一致）