【研究背景】
作为一种钠离子电池NASICON型结构的正极材料，Na
4
FeV(PO
4
)
3
（NFV）凭借其在中压区间展现出的V
3+
/V
4+
和Fe
2+
/Fe
3+
氧化还原稳定性以及较低的成本，近年来备受关注。然而，该材料在高压区间（>4.0 V）的V
4+
/V
5+
氧化还原反应存在严重的电化学不可逆性。
如何实现V
4+
/V
5+
氧化还原电对的可逆激活，同时提升载流子迁移率，已成为该领域亟待突破的关键问题。针对上述瓶颈问题，需要一种机制明确的创新策略，以期在保持结构稳定性的前提下，
实现NFV在高压区比容量和能量密度的协同提升
。
【工作简介】
近日，东北师范大学吴兴隆课题组等人
提出了一种新颖的电荷重组工程，通过在Fe位点引入富电子的Ti元素来优化
NFV中
V-O键的电荷转移，提高载流子迁移速率。
该工程突破
了V
4+
/V
5+
氧化还原反应的壁垒，在实现V
4+
/V
5+
氧化还原反应高压区域活化和稳定的同时也
提高了能量密度。
该文章发表在
M
aterials Today
上。东北师范大学谷振一博士、吴兴隆教授为共同通讯作者。
【内容表述】
本工作利用富电子Ti占据部分Fe位点，制备了Na
3.67
Fe
0.67
VTi
0.33
(PO
4
)
3
（
NFVT-F
）正极材料，实现了NFV在高压区比容量和能量密度的协同提升。
富电子Ti的引入改变了V-O键的电荷分布，导致费米能级附近的态密度增加，从而提高了载流子迁移速率，突破了V
4+
/V
5+
的氧化还原壁垒。此外，通过电荷重组工程获得的活化的V
4+
/V
5+
随着放电深度的增加仍然表现出稳定的可逆行为，能量密度也得到显著提高。
图一：结构表征。 a)
NFVT-F的精修XRD图谱
。b-e) NFVT-F的SEM、TEM、HR-TEM以及相应的FFT图像。f) NFVT-F的EDS mapping图谱。
图二：高压V
4+
/V
5+
氧化还原反应的激活与稳定。a) GCD曲线。b) GITT放电对应的D
app,Na
。c) DOS图。
图三：M-O键电荷重组工程。a-c) 差分电荷密度图。d) Na
+
迁移能垒。e-g) 迁移路径。
图四：钠储存机制。a-b) NFVT-F的原位XRD图谱。c-d) NFV的原位XRD图谱。(e) NFVT-F中V的非原位XPS。
图五：电化学性能。a) GCD曲线。b) CV曲线。c) 能量密度和容量贡献对比图。d) 倍率曲线。e) 循环曲线。f) 全电池的GCD曲线。g) 全电池的倍率性能。h) 全电池Ragone图
。
图六：电荷重组工程示意图。
核心结论
富电子Ti的引入同时实现了电子导电性的增强和Na
+
在主体材料中的扩散壁垒的降低。该策略充分保证了V氧化还原中心对NFVT-F高压区的容量贡献，同时极大地提高了能量密度。
【文献详情】
Xin-Ru Zhang, Zhen-Yi Gu*, Xiao-Tong Wang, Ze-Lin Hao, Xin-Xin Zhao, Shuo-Hang, Zheng, Jie Li, Hong-Jie Zhong, Xing-Long Wu*, Charge reconfiguration for breaking the V
4+
/V
5+
redox barrier in sodium-based NASICON cathode with higher energy density.
Materials Today
(2025), https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.03.013
【作者简介】
吴兴隆教授：
东北师范大学教授，主要从事
先进二次电池
材料、废旧锂电回收与再利用等研究工作。已发表通讯作者论文230多篇，52篇通讯作者论文被评选为ESI热点/高引论文，文章被引用超过23000次，H指数为87；
连续入选科瑞唯安全球高被引科学家和爱思唯尔中国高被引学者；
已获授权发明专利21项。主持了国家重点研发计划战略性科技创新合作重点专项、国家自然科学基金委重大研究计划和吉林省杰青等科研项目。曾获得吉林省自然科学奖二等奖（排名第一）、吉林省青年科技奖、中国化工学会侯德榜化工科学技术奖青年奖和中国颗粒学会青年颗粒奖等科技奖励。培养的学生，1人入选宝钢优秀学生特等奖（全国仅10人）、3人入选“博士后创新人才支持计划”、11人获得省级优秀博士/硕士学位论文等奖励和荣誉。
谷振一博士：
“博士后创新人才支持计划”博士后，致力于钠离子电池聚阴离子型正极材料的制备及储钠机理研究、钠离子电池适配功能型粘结剂及电解液设计。以第一作者（含共一）及通讯作者身份共发表 SCI 论文 26 篇，代表性高水平论文包括 J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.（3篇）, Angew. Chem. Int. Ed., Sci. Bull.（2篇）,Mater. Today, Adv. Funct. Mater., InfoMat 等。其中 9 篇论文入选 ESI 高被引论文，6 篇入选封面文章。已获授权发明专利 2 项 。担任 Carbon Neutralization及《电池》青年编委，Prog. Mater. Sci., Energy Storage Mater., J. Power Sources, J. Energy Storage, iScience 等国内外知名期刊审稿人。
