铜掺杂协同调控铁基磷酸盐晶格重构实现高性能宽温域钠离子电池正极材料

（编辑推荐）本研究通过Cu2+掺杂策略设计新型Na4Fe2.85Cu0.05(PO4)2P2O7（NFCuPP）正极材料，利用晶格重构与电荷重排显著提升Na+扩散动力学（DRT验证）和电子导电性（DFT计算），实现126.6 mAh g?1高容量、30 C超快充（60 mAh g?1）及-20~50°C全气候稳定性能（3000次循环保持85.5%），为钠电（SIBs）商业化提供突破性解决方案。

　　

Highlight

通过精确的Cu²⁺离子取代（离子半径0.73 ? vs Fe²⁺ 0.78 ?），我们成功诱导了晶格重构与电荷重排——这就像给钠离子（Na⁺）修建了"高速公路"！密度泛函理论（DFT）计算显示，该策略将Na⁺扩散能垒降低30%，同时带隙缩短至1.8 eV，让电子在材料中"跑得更欢快"。

Results and discussion

晶体结构精修

Cu²⁺优先占据Fe3位点（形成能最低），就像乐高积木精准嵌入，使得[Fe₃P₂O₁₃]∞层间距收缩0.5%。这种"瘦身"效果让Na⁺通道从"乡间小道"升级为"双向四车道"，原位XRD证实其结构可逆性媲美弹簧——300次充放电后晶格参数波动<0.3%！

全气候性能

-20°C低温下，材料仍保持87.5%容量（普通材料<50%），就像北极熊拥有特殊的保暖机制；50°C高温时，88.3%的容量保持率证明其"耐热性"堪比沙漠仙人掌。空气中暴露60天后，性能衰减<5%，堪称"防潮箱级"稳定性。

Conclusion

这项研究不仅提供了"晶格手术刀"级别的掺杂策略，更开创性地实现了"南极到撒哈拉"级别的宽温域适应能力。理论计算与实验的完美配合，为下一代储能材料设计绘制了精准的基因图谱。