50C超高倍率！北航杨树斌/杜志国新发EES！

尽管层状氧化物被认为是钠离子电池（SIBs）的有前景的正极材料，但它们仍然存在结构稳定性差和钠离子（Na⁺）扩散动力学缓慢的问题，这限制了它们在高电流密度下的循环稳定性。

2025年5月30日，北京航空航天大学杨树斌、杜志国在国际知名期刊Energy & Environmental Science发表题为《Ionic Potential Modulation in and between Layers of Transition Metal Oxides towards Ultrahigh-Rate Sodium Storage》的研究论文，Ziming Wang为论文第一作者，杨树斌、杜志国为论文共同通讯作者。

杨树斌，北京航空航天大学教授，国家级领军人才（2021）。2008年毕业于北京化工大学，获工学博士学位；2008-2014年先后在德国马普聚合物研究所和美国莱斯大学从事博士后研究工作。2014年加入北京航空航天大学。

杨树斌教授的研究领域为二维新能源材料，在Nature、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等国际顶级期刊发表论文100余篇，他引1万余次。

杜志国，北京航空航天大学副教授。2020年毕业于北京航空航天大学，2020-2022年在北京航空航天大学从事博士后研究，随后留校工作。

杜志国副教授主要从事超薄二维新能源材料的研究，提出了拓扑转化新方法，突破了传统方法制备二维材料单层率/产率低的限制，宏量制备出系列超高单层率的二维新能源材料。在国际高水平期刊发表论文20余篇，其中代表作有Nature、Adv. Mater.和Adv. Energy Mater.等。

在本文中，作者展示了一种高效的离子势调控策略，通过将具有不同离子势的阳离子选择性地引入层状氧化物的过渡金属（TM）层和钠层中，制备出具有晶格稳定性且钠离子扩散动力学良好的层状氧化物。

与植入高离子势（Φ>28.99 nm^-1）的阳离子相比，将低离子势（例如Li⁺，13.16 nm^-1）的阳离子引入TM层可以促进晶格O^2-周围的电子云向TM离子的离域化，从而构建一种独特的O-TM-O互锁构型，同时提高TM离子和晶格O^2-的稳定性。

同时，将低离子势的阳离子（例如K⁺，7.25 nm^-1）引入钠层（Na⁺，9.80 nm^-1），可减弱K⁺-Na⁺的静电相互作用，从而减少钠离子扩散过程中的排斥力。

这些独特特性不仅加强了TM层的骨架结构，还促进了钠离子的层间扩散。因此，SIB在50 C时具有78.7 mAh g^-1的优异倍率性能和高达2000次循环的长期稳定性。

图1：结构和形貌表征

图2：钠离子提取/插入过程中的结构演变

图3：钠离子提取/插入过程中的结构稳定性

图4：钠离子扩散动力学研究

图5：钠离子电池中的电化学性能

综上，本文提出了一种通过调控过渡金属氧化物层间和层内的离子势来制备具有优异钠离子扩散动力学和晶格稳定性的层状氧化物正极材料的策略。通过选择性地将低离子势的阳离子（如Li⁺和K⁺）引入钠离子电池（SIBs）的过渡金属（TM）层和钠层中，实现了独特的O-TM-O互锁构型和减弱了K⁺-Na⁺的静电相互作用。

该研究成功制备了一种新型层状氧化物Na_0.65K_0.02Li_0.02Ni_0.31Mn_0.67O₂（NaKLNM），其在钠离子电池中展现出卓越的倍率性能（50 C时容量为78.7 mAh g^-1）和长达2000次循环的稳定性能。

这种材料的结构稳定性增强和钠离子扩散动力学改善，为高性能钠离子电池正极材料的设计提供了新思路。该成果不仅推动了钠离子电池技术的发展，还为大规模储能应用提供了更可靠、更高效的材料选择，有望在未来的能源存储领域发挥重要作用。

Ionic Potential Modulation in and between Layers of Transition Metal Oxides towards Ultrahigh-Rate Sodium Storage, Energy& Environmental Science, 2025. https://doi.org/10.1039/D5EE01792K