广东工业大学简基康&南方科技大学王军，AFM：掺杂诱导的 Na4Fe3(PO4)2P2O7 正极超快动力学助力宽温域钠离子电池

第一作者：王世瑜、张乔

通讯作者：简基康*，王军*

单位：广东工业大学，南方科技大学

可再生能源的快速发展推动了大规模储能系统的需求，钠离子电池 (SIBs) 凭借资源丰富、成本低廉的优势，成为下一代储能技术的核心候选者。正极材料作为钠离子电池性能的关键，需同时满足低成本、高能量密度和宽温域适配性。聚阴离子化合物 Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇ (NFPP) 因结构稳定、成本可控备受关注，但固有电导率低、Na⁺扩散速率慢的问题，导致其低温倍率性能差、高温循环稳定性不足，严重限制了在极端环境下的应用。如何通过简单有效的结构优化，提升NFPP的宽温域电化学性能，成为当前钠离子电池领域的重要挑战。

近日，来自广东工业大学的简基康教授与南方科技大学的王军教授合作，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Doping-Induced Ultrafast Kinetics of Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇ Cathode Enabling Wide Temperature Sodium-Ion Battery”的研究论文。该团队通过少量钾 (K) 掺杂策略，成功制备出多孔海绵状Na_3.96K_0.04Fe₃(PO₄)₂P₂O₇ (NKFPP) 正极材料。K⁺ 的引入不仅降低了Na⁺ 迁移能垒，还抑制了循环过程中的结构重排与阴离子簇变形，显著提升了材料的倍率性能、循环稳定性和宽温域适配性，为高性能宽温域钠离子电池正极材料的设计提供了新路径。

NKFPP的常温电化学性能显著优于未掺杂样品。在30°C下，NKFPP表现出优异的倍率与长循环性能：一、倍率性能显著提升，40C (1C=129 mA g⁻¹) 下放电容量达87.1 mAh g^-1，远高于未掺杂样品的57.4 mAh g^-1；二、长循环稳定性突出，40C下循环10000次后容量保持率仍达75.41%，库仑效率接近99.99%；三、2C下循环100次容量保持率为99.79%。

NKFPP在极端温度下表现出优异的电化学性能：一、低温性能 (-20°C) ：10C下放电容量达40.8 mAh g^-1，是未掺杂样品 (28.2 mAh g^-1) 的1.45倍，2C下循环500次容量保持率为96.68%；二、高温性能 (60°C) ：10C下放电容量达94.3 mAh g^-1，循环1000次容量保持率 90.12%，远超未掺杂样品的75.04%。

以NKFPP为正极、硬碳 (HC) 为负极组装全电池，进一步验证了其实际应用潜力：一、0.1C下放电容量达88.6 mAh g^-1；二、5C下循环150次容量保持率76.61%，0.1C至10C倍率范围内表现稳定；三、宽温域适配性优异，-20℃下5C容量仍达64.1 mAh g^-1，60℃下展现更高容量，满足不同场景储能需求。

Doping-Induced Ultrafast Kinetics of Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇ Cathode Enabling Wide Temperature Sodium-Ion Battery

简基康教授简介：广东工业大学物理与光电工程学院教授，主要从事半导体能量转换和存储材料（包括晶体、薄膜、纳米结构）的生长、结构分析、物性表征以及器件构造的研究。已在包括JACS, Adv. Funct. Mater., Nano Energy, Chem. Mater., Small, APL, PRB等学术刊物发表（包括合作）论文100余篇。

王军教授简介：南方科技大学创新创业学院教授，2012年获得中国科学院宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)材料物理与化学博士学位，2012年9月至2018年4月在明斯特大学MEET电池研究中心担任研究员。研究方向集中在可充电电池的电化学动力学研究，以第一作者/通讯作者身份在Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., Joule, Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Angew. Chem.等期刊发表SCI论文100余篇。