过渡金属（TM）层状氧化物因其高能量密度和使用非关键元素的可持续化学特性，已成为钠离子电池（SIBs）的主要正极选择。然而，其在（脱）钠过程中各向异性的晶格应变和应力积累会导致严重的结构退化，而一种本征的应变抑制方法仍未被发现。
在此，中南大学纪效波、美国阿贡国家实验室刘同超、Khalil Amine等人提出了一种零锂/钴使用的熵调控策略，以减轻有害的晶格位移并提升钠层状正极的电化学性能。研究结果表明，高熵设计有效抑制了循环过程中TMO₆八面体的畸变（通过硬X射线吸收光谱证实），显著减少了近表面结构解体和界面副反应。
此外，构型熵驱动的多阳离子相互作用从热力学上缓解了氧缺陷的形成，并强化了配体与金属的配位作用。作者揭示了复杂体系中电荷补偿的互补性，并成功实现了无内部体积残余的晶格参数偏差抑制。
基于此，多阳离子正极在半电池和全电池中均表现出更优的循环稳定性和Na⁺扩散动力学。因此，该工作提出的正极化学策略拓宽了通过晶格工程缓解体相疲劳的前景，并为开发经济可行且长寿命的层状氧化物开辟了可能性。
图1. 电池性能
总之，该工作通过在多阳离子零锂/钴层状氧化物正极中引入多阳离子相互作用，展示了一种应变抑制策略，以缓解钠（脱）嵌入过程中持续的晶格应变积累。得益于化学兼容性，这些异价/同价阳离子无序分布在TMO₂层的八面体位点中。这种多阳离子结构提升了氧稳定性和循环过程中的体积振动稳定性，从而防止了近表面结构解体、界面副反应和微裂纹的形成。
基于此，多阳离子正极表现出优异的循环性能（在1 C电流下循环100次后容量保持率为94.8%，在5 C电流下循环500次后为83.5%）和高倍率性能（0.1 C时为124.2 mAh g⁻¹，10 C时为84.3 mAh g⁻¹）。全电池的放电容量为118.0 mAh g⁻¹，在0.5 C电流下循环300次后容量保持率为84.9%。因此，该工作为开发安全、低成本且长寿命的钠离子电池正极提供了商业化前景。
图2. 形貌和结构演变及热稳定性
Multicationic interactions mitigating lattice strain in sodium layered cathodes, Nature Communications 2025 DOI: 10.1038/s41467-025-59666-6
纪效波 中南大学化学化工学院副院长，教授、博士生导师；英国皇家化学学会会士（Fellow of Royal Society of Chemsitry)；现任中南大学青年科协主席；中南大学学术委员会委员；长沙市政协委员。主要研究领域：新能源材料与器件及先进储能技术。国家重点研发计划“固废资源化”重点专项 “退役磷酸铁锂电池分选与正极材料高值化利用关键技术研究”课题负责人，参与国家重点研发计划“新能源汽车试点”专项项目“全寿命周期电池安全评测技术研究”，主持并完成国家自然科学基金等项目4项，英国皇家学会国际合作项目1项，在Advanced Materials, Angewandte Chemie等国际期刊上发表280余篇SCI论文，他引共计15000余次，H指数为68；获授权中国发明专利52项。
刘同超，美国阿贡国家实验室Assistant Chemist，专注于锂离子/钠离子电池正极材料和多尺度材料表征等研究；2019年博士毕业于北京大学深圳研究生院新材料学院，导师：潘锋教授；2019-2021年于美国阿贡国家实验室从事博士后研究，合作导师：Khalil Amine教授。
Khalil Amine，美国阿贡国家实验室杰出研究员，全球能源奖获得者（2019），专注于混合动力汽车、插电式电动汽车、电动汽车、卫星、军事和医疗领域先进材料和电池系统的研究与开发。