近日，厦门大学、三达膜（688101）、福州大学合作团队在Chemical Engineering Journal（CEJ）发表科研论文，报道了钠离子电池（885928）正极材料方面取得的重要进展。
这项研究面向电池技术方向，聚焦低成本、资源友好的钠离子电池（885928）。该团队提出Li/Cu双掺杂协同调控策略，使Fe/Mn基正极材料在容量、能量密度和循环稳定性方面实现同步提升。这也为破解电池“低成本、高能量密度、高安全性”难以兼顾的“不可能三角”提供了新的思路。
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为什么关注钠离子电池？
随着新能源（850101）并网、电动交通和电网级储能（885921）快速发展，人们需要更安全、更低成本、资源更丰富的电池体系。锂离子电池已经广泛应用，但在大规模储能（885921）场景中，资源储量和成本同样重要。
钠在地球上储量丰富、分布广泛，与锂具有相近的电化学性质。因此，钠离子电池（885928）被认为是锂离子电池的重要补充，尤其适合面向大规模储能（885921）的应用探索。
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难点在哪里？
钠离子比锂离子“个头”更大。它在电池正极材料中反复嵌入嵌出时，更容易造成材料结构变形，进而影响电池容量、寿命和充放电速度。
Fe/Mn基层状氧化物正极材料具有成本低、环境友好、理论容量高等优势，但也存在工作电压偏低、结构稳定性不足等问题。简单来说，就是材料既要“装得多”，又要“站得稳”，这并不容易。
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团队做了什么？
研究团队选择了一种协同调控思路：在Fe/Mn基正极材料中同时引入少量Li和Cu。可以把它理解为给材料结构和电化学反应同时做“微调”，让材料在充放电过程中更稳定，也让更多容量来自较高电压区域。
经过优化后，团队获得了Li/Cu共掺杂正极材料LCFM。表征结果显示，这种材料形成了紧密共生的P2/O3双相结构，有助于兼顾容量输出和结构稳定性。
图：阴极材料结构与形貌表征图。
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结果怎么样？
在半电池测试中，LCFM正极表现出突出的综合性能：首圈可逆容量达到171.0·mAh·g-1，能量密度达到502.7·Wh·kg-1；在1C倍率下循环200圈后，仍保持75.6%的容量保持率。
为了进一步接近实际应用，团队还组装了LCFM||硬碳全电池。该全电池在0.1C下可逆容量达到136.5·mAh·g-1；在1C倍率下循环200圈后，容量保持率为71.2%。这些结果表明了该材料在实验室半电池中表现良好，具备进一步走向实用验证的潜力。
图：LCFM||硬碳全电池构型及电化学性能图（验室数据，不代表产业化性能）
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为什么会提升？
研究团队通过原位XRD、X射线吸收光谱、XPS和理论计算等方法分析发现，Li/Cu共掺杂带来了多方面作用：一方面，它能减少由Mn相关反应引起的结构变形；另一方面，它增强了高电压区的Fe相关反应，并促进晶格氧可逆参与储能（885921）。
用更通俗的话说，这种策略让材料在充放电时“少受伤”，同时让更多能量在较高电压下释放出来，因此容量、能量密度和循环稳定性都得到了改善。
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这项研究有什么意义？
这项工作为低成本钠离子电池（885928）正极材料设计提供了新的思路。Fe、Mn、Na等元素资源丰富、成本友好，随着钠离子电池（885928）产业链逐步成熟，这类基于地球丰量元素的正极材料有望服务于未来大规模储能（885921）场景，并为能源（850101）转型和“双碳”目标提供更多技术选择。
