尽管层状氧化物被认为是钠离子电池（SIBs）极具前景的正极材料，但其较差的晶体结构稳定性和缓慢的Na⁺扩散动力学严重限制了其在高电流倍率下的循环性能。
在此，北京航空航天大学杨树斌、杜志国等人提出了一种高效的离子势调控策略，通过选择性将不同离子势的阳离子引入层状氧化物的过渡金属（TM）层和Na层，成功制备出具有晶格稳定性和优异Na⁺扩散动力学的材料。
与高离子势阳离子（Φ > 28.99 nm⁻¹）的掺杂不同，向TM层引入低离子势阳离子（如Li⁺，13.16 nm⁻¹）可促进晶格O²⁻周围电子云向TM离子的离域，从而构建独特的O-TM-O互锁构型，同步提升TM离子和晶格O²⁻的稳定性。
同时，向Na层引入K⁺（7.25 nm⁻¹）等低离子势阳离子（Na⁺为9.80 nm⁻¹）可减弱K⁺-Na⁺静电相互作用，显著降低Na⁺扩散过程中的排斥力。这些特性不仅强化了TM层的骨架结构，还促进了Na⁺的层间扩散。基于此，该材料在SIBs中实现了50 C倍率下78.7 mAh g⁻¹的优异倍率性能和长达2000次的循环稳定性。
图1. Na⁺扩散动力学研究
总之，该工作通过选择性向P2型Na₀.₆₇Ni₀.₃₃Mn₀.₆₇O₂（NaNM）的TM层和Na层引入低离子势阳离子，提出了一种高效的离子势调控策略。向TM层掺杂低离子势（13.16 nm⁻¹）的Li⁺形成了稳定的O-TM-O互锁构型，显著提升了晶体结构稳定性；而向Na层引入低离子势（7.25 nm⁻¹）的K⁺则减弱了K⁺-Na⁺静电相互作用，从而加速了Na⁺的层间扩散动力学。
基于这种独特的结构设计和优化的Na⁺传输性能，该材料在SIBs中实现了高达50 C的倍率性能和2000次循环的长寿命。因此，该工作为通过理性调控层状氧化物层间及层内离子势来定制其物理化学性质提供了新思路，在先进钠离子电池中具有广阔应用前景。
图2. 电池性能
Ionic Potential Modulation in and between Layers of Transition Metal Oxides towards Ultrahigh-Rate Sodium Storage, Energy & Environmental Science 2025 DOI: 10.1039/d5ee01792k
杨树斌 教授，博士生导师 北京航空航天大学材料科学与工程学院教授，国家杰青，主要从事二维新能源材料的研究。以第一/通讯作者在Nature、Sci. Adv.、Adv. Mater.等发表论文100余篇，其中新方法被Nature专题评述：“是将二维材料推向市场的关键步骤”；ESI高被引论文23篇，连续5年入选科睿唯安“高被引学者”；主题/邀请报告30余次。
杜志国，博士，北京航空航天大学副教授，硕士生导师。曾入选国家博新计划，2020年6月毕业于北航材料科学与工程学院，2020年7月-2022年11月获得北航“卓越百人”博士后加入北航从事博士后研究工作，2022年11月加入北航材料科学与工程学院。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，其中新方法被Nature专题评述：“是将二维材料推向市场的关键步骤”。