【钠电池科研快讯】原子级调控 V-F 键！NVPF 正极实现超高能量密度 + 万次超长循环

   近期，青岛科技大学机电工程学院刘治明教授团队在Science Advances期刊发表题为“High-voltage Na3V2(PO4)2F3cathodes enabled by low-valence metal cations（低价金属阳离子构筑的高电压Na3V2(PO4)2F3正极材料）”的研究论文。在钠离子电池聚阴离子型正极材料Na₃V₂(PO₄)₂F₃（NVPF）领域取得重要突破，通过引入低价金属离子调控钒位点局部电子结构，从根源上抑制氟流失与杂相生成，显著提升材料工作电压、能量密度与循环寿命。

研究发现，纯相 NVPF 在高温合成过程中易发生 V─F₂键断裂，导致氟元素挥发并生成低电压、低容量的 NVP 杂相，表现为充放电曲线中 3.4/3.3 V 额外平台，严重拉低整体能量密度。

为此，团队提出低价金属离子（Cu²⁺、Cd²⁺、Ag⁺）掺杂通用策略：

• 利用电荷补偿机制，使部分 V³⁺转化为 V⁴⁺；

• 增强钒对氟的吸附作用，微观缩短悬键 V─F₂键长，提升键能；

• 稳定晶格氟，抑制 NVP 杂相，实现近纯相 NVPF。

核心性能突破

• 2.5% Cu 掺杂样品：中值工作电压提升至3.69 V；

• 半电池能量密度达447.7 Wh/kg，优于多数磷酸盐体系正极；

• 20 C 超高倍率下，10000 次循环后容量保持率 83.3%；

• 匹配硬碳负极组装全电池，能量密度高达456.1 Wh/kg；

• 软包电池循环 200 次容量保持率84.8%，具备产业化潜力。

DFT 理论计算、XPS、XANES/EXAFS 结构表征共同证实：Cu 掺杂有效提高 V 价态、增强 V-F 键稳定性、减少氧空位与结构畸变，实现电子电导与离子传输动力学同步提升。

该策略在 Ag⁺、Cd²⁺体系中同样有效，证明其普适性，为 NASICON 型氟磷酸盐正极的高纯度、高电压、高稳定化设计提供了全新原子级思路，对推动钠离子电池在储能、轻型动力领域规模化应用具有重要价值。