近日，理学院可持续能源研究院赵玉峰教授团队在高电压钠离子电池P2型层状氧化物正极材料研究领域取得重要进展，相关成果以“Decoupling slab gliding and lattice contraction in Na layered oxides to enable high-voltage Na-ion batteries”为题发表在《Nature Communications》上。
层状过渡金属氧化物正极材料（NaxTMO2）是钠离子电池（SIBs）中一类经典的正极材料，但其实际应用长期面临着高电压下不可逆相变的难题。这一问题会导致材料的比能量与循环稳定性不尽如人意，对于P型（钠离子位于棱柱位）正极材料而言尤为突出。这种现象通常被归因于钠离子脱嵌过程中，其配位环境由棱柱型转变为八面体（O型）构型；在此过程中，过渡金属氧化物TMO2层的滑移与 c 轴晶格的突变往往相伴发生，而针对这一问题的直接解决方案至今仍有待探索。
本论文研究发现，通过在P型Na0.7Mn0.8Ni0.2O2中预先引入15.8%的O型堆垛层错，其在高电压下的剧烈体积变化和不可逆相变得以基本消除，成功解耦TMO2层滑移与晶格收缩，实现了该类材料在4.5V（vs. Na⁺/Na）高电压下的稳定循环。与电化学充放电过程中形成的、会破坏材料结构稳定性的堆垛层错不同，这种在 P 型层状氧化物中预构筑的O 型堆垛层错，保留了大的层间距（~5.6 nm），能够避免材料在高荷电状态下出现氧离子O2-的面对面排布，从而使钠离子脱嵌过程中的 c 轴膨胀幅度降至最低，最终彻底抑制了不可逆的 P2-O2 相变。这一研究深化了对深度脱钠状态下相变的理解，指出高荷电状态下的快速晶格收缩是发生不可逆相变的根本原因。本工作厘清了长期以来困扰学界的 P-O 相变起源难题，并为合理设计高电压层状氧化物钠离子电池正极材料指明了方向。
上海大学理学院博士研究生石钦昊、青年教师宁芳华、硕士研究生余轩为论文共同第一作者，上海大学理学院赵玉峰教授为论文通讯作者，上海大学为第一作者单位和第一通讯作者单位。该研究得到了国家自然科学基金等经费的支持。赵玉峰教授团队研究领域主要集中于电化学能源材料，重点关注钠离子电池及其关键材料，2025年取得系列进展，相关成果分别发表在Nat. Commun 2026 10.1038/s41467-025-68238-7、Angew. Chem. Int. Ed. 2025 e18183、Angew. Chem. Int. Ed. 2025 e202416290、Angew. Chem. Int. Ed. 2025 e202512349等顶级期刊。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-68238-7#Sec17
