温州大学肖遥AEM：基于硼化学工程从体相调控到界面重构赋能钠电层状氧化物正极

第一作者：陈冰冰

通讯作者：肖遥*

单位：温州大学

钠离子电池凭借钠资源储量丰富、成本优势显著等特点，被广泛认为是面向大规模储能和宽温域应用场景的潜力型储能技术之一。然而，作为其关键正极体系的层状氧化物材料（NaxTMO2）仍面临诸多挑战，例如不可逆相变、结构退化、Na+扩散动力学缓慢、高电压条件下晶格氧不稳定性以及界面副反应等。这些问题严重影响了层状氧化物正极的循环稳定性、倍率性能及实际应用价值。针对上述瓶颈，传统重金属离子掺杂虽然能够在一定程度上增强结构稳定性，但常常以牺牲部分比容量为代价。相比之下，轻质量元素因具有较低的质量负担和独特的化学调节能力，为层状氧化物正极性能优化提供了新的方向。因此，如何借助轻元素调控局域配位环境、增强晶格键合作用，并实现体相与界面稳定性的协同提升，已成为当前钠离子电池正极研究的热点之一。

近日，来自温州大学肖遥团队在国际权威期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Boron-Chemistry Engineering for Sodium Layered Oxide Cathodes: From Bulk Modulation to Interfacial Reconstruction”的综述文章。该综述文章系统梳理了硼化学工程在钠离子电池层状氧化物正极中的研究进展，重点总结了其在体相调控和界面重构方面对结构稳定性、离子传输、晶格氧稳定及界面化学行为的协同优化作用。

B具有独特的原子与电子结构特征，这使其在钠离子电池层状氧化物正极中展现出不同于传统金属元素的调控优势。由于B具有缺电子特征，且易与O形成稳定的强B-O 键，因此能够在局域结构中发挥重要作用。同时，B可形成 BO3 和 BO4 等不同配位构型，使其具备灵活的结构适应性和化学调控能力。正是这种独特的原子结构、成键方式和配位特征，赋予了B在优化层状氧化物局域配位环境和实现多维改性方面的天然优势。

图1 硼的原子结构以及杂化轨道示意图。

文章围绕B调控层状氧化物正极的研究进展总结了当前硼引入 NaxTMO2 的四种主要材料设计策略，即单一B掺杂、与其他元素的协同调控、表面富硼化以及B诱导的双相/多相结构构建。其中，单一B掺杂是目前研究最广泛的策略，可通过固相法、水热法和溶胶–凝胶法等多种工艺实现对B含量及空间分布的调控，从而在原子尺度上优化材料结构。在此基础上，B还可与Al、Mg、Co或F等元素协同作用，进一步兼顾结构稳定性与高电压性能；同时，表面富硼层和B诱导双相结构也为实现界面保护与多相协同优化提供了新的设计思路。

文章中对B调控NaxTMO2的核心优势进行了总结，认为其作用并不局限于单一性能提升，而是覆盖了结构稳定性、离子扩散动力学、晶格氧稳定性以及界面稳定性等多个方面。作者指出，B 可通过形成稳定的B-O 键和 B-O-TM 局域结构抑制不可逆相变与过渡金属层滑移，同时拓宽Na+迁移路径、加快离子扩散，并在高电压下增强氧骨架稳定性。整体来看，B改性为层状氧化物正极提供了一种从体相到界面的多维协同优化思路。

文章在图4和图5中进一步展望了B化学工程未来的发展路径。一方面，作者提出可结合AI筛选、理论计算和多尺度模拟，构建“筛选—计算—实验验证”一体化研究体系，以更精准地理解 B 的稳定位置、成键特征及其对材料性能的影响；另一方面， 总结了多种先进表征技术，强调未来可从价态变化、局域结构、空间分布和动态反应过程等多个维度深入揭示B的调控机制。

基于此，进一步指出，高性能钠离子电池在大规模储能、低温环境、低速电动车等领域具有广阔应用前景，而B化学工程有望为这些实际应用提供新的材料设计支撑。

Boron-Chemistry Engineering for Sodium Layered Oxide Cathodes: From Bulk Modulation to Interfacial Reconstruction