韩国汉阳大学Yang-Kook Sun教授最新Nature子刊：用于钠离子电池的高能量密度和长循环寿命的O3型层状正极材料

O3 型层状氧化物在长期循环过程中，电池容量出现快速衰减的现象，严重制约了其商业化进程。深入研究发现，这一问题的根源在于充放电过程中Na⁺离子分布不均，导致材料内部应力分布失衡，进而引发微裂纹；微裂纹的不断扩展与累积最终致使材料发生机械失效，造成电池容量的不可逆损失。

图1. 所制备的复合正极材料的示意图和结构表征

在此，韩国汉阳大学的 Yang-Kook Sun 教授团队通过界面重构策略成功研发出一种兼具高能量密度与长循环寿命的O3型复合正极材料。精心定制的界面重构层由快离子导体NaCaPO₄表面包覆层与梯度Ca²⁺掺杂内界面层协同构成。

图2. 晶体结构和表面化学成分的循环后分析

其中，NaCaPO₄表面包覆层有效增强了层状氧化物正极的表面化学稳定性，梯度Ca²⁺掺杂内界面层促使颗粒内相变均匀，降低晶格失配，保证Na⁺空间分布均匀，并借助钉扎效应抑制微裂纹形成。优化的样品在高电压及-10至50°C的宽温度区间内，展现出良好的电化学性能与可靠的长循环稳定性。

图3. NFMMT/NaCaPO₄在Na半电池中的电化学性能

通过钠离子全电池和无负极电池验证了该复合正极的实际可行性，尤其是其与硬碳负极组装的软包全电池，在0.5 C充放电倍率下循环300圈后，容量保持率高达82.9%，充分彰显了此策略的实用潜力。

图4. NFMMT/NaCaPO₄在钠离子全电池和无负极钠电池中的电化学性能

值得一提的是，该界面重构策略具备良好的通用性与扩展性，有望广泛应用于其他层状氧化物正极材料的研发，为推动先进钠离子电池的层状氧化物正极材料的发展提供了有价值的新思路。

图5. 界面重建策略的原理和可扩展性

该成果以“High-energy and long-life O3-type layered cathode material for sodium-ion batteries”为题发表在Nature Communications期刊上，通讯作者是汉阳大学能源工程系Yang-Kook Sun 教授，第一作者是Xinghui Liang和Xiaosheng Song。

Xinghui Liang, Xiaosheng Song, H. Hohyun Sun, Hun Kim, Myoung-Chan Kim and Yang-Kook Sun, High-energy and long-life O3-type layered cathode material for sodium-ion batteries, Nat. Commun.,16, 3505 (2025).DOI: 10.1038/s41467-025-58637-1