摘要：铁基焦磷酸盐凭借其稳定的共价结构和高成本效益，已成为钠离子电池正极材料的有力候选者。其中，Na3.12Fe2.44(P2O7)2（NFPO）因具有117 mAh g-1的高理论容量和约3 V的适中工作电压而备受关注。目前，研究人员致力于通过解决电子电导率低以及

【研究背景】

铁基焦磷酸盐凭借其稳定的共价结构和高成本效益，已成为钠离子电池正极材料的有力候选者。其中，Na3.12Fe2.44(P2O7)2（NFPO）因具有117 mAh g-1的高理论容量和约3 V的适中工作电压而备受关注。目前，研究人员致力于通过解决电子电导率低以及对空气中的水分和二氧化碳敏感等问题来提升NFPO的性能。然而，NFPO的能量密度仍受限于其实际比容量不足以及在约2.5 V（vs. Na+/Na）处出现的低电压平台（占总容量的30%）。因此，深入探究这一非期望的低电压平台的钠储存机制，并提出有效的调控策略，对于推动NFPO正极材料的商业化应用具有重要的意义。

【工作介绍】

近日，中南大学王海燕教授和孙旦副教授研究团队通过球磨工艺成功合成了新型焦磷酸盐Na2.92Fe2.24Ti0.2(P2O7)2（0.2Ti-NFPO/C）正极材料。研究发现，NFPO在2.5 V左右低压平台的形成与Fe1和Na4位点密切相关；利用Ti3+掺杂策略来调控晶体结构，有效抑制了低电压区的放电行为，使能量密度提高到307.7 Wh kg−1。优化后的0.2Ti-NFPO/C正极材料在23.4 mA g−1电流密度下展现了高达109.8 mAh g−1的可逆容量，并在585 mA g−1电流密度下经过4000次循环后仍能保持90.3%的容量，展现出优异的循环稳定性。本研究对电极结构和电化学行为之间的关系提供了深刻的见解，有望提升铁基焦磷酸盐正极的商业化竞争力。

该文章以“Lattice Regulation Boosts Working Voltage and Energy Density of Na3.12Fe2.44(P2O7)2 Cathode for Sodium-Ion Batteries”为题目发表在国际知名期刊Advanced Functional Materials上。朱琳为本文第一作者。

【核心要点】

要点一：系统的表征结果与理论计算分析表明，材料在2.5 V处出现的低电压平台主要源于Fe1位点的氧化还原反应，该过程伴随着Na4位点的Na+嵌入/脱出。与边共享构型FeO4和FeO6多面体相比，角共享模式的FeO6八面体（Fe1位点）由于局部Fe3+-Fe3+库仑排斥作用较弱，导致其氧化还原电位显著降低。

要点二：创新性地提出了Ti3+掺杂的晶格调控策略，有效抑制了材料的不良低电压行为，将能量密度从277.5 Wh kg-1显著提升至307.7 Wh kg-1。基于能量效应，Ti3+可以选择性地占据Fe1位点，使得钠存储主要发生在高电压区域。

要点三：优化后的NFPO正极表现出优异的电化学性能。得益于强化的局部化学环境（Ti-O键）和显著改善的反应动力学，所制备的正极材料表现出长循环稳定性（4000次循环后容量保持率达90.3%）和出色的倍率性能。

【内容详情】

图1 材料的理化性质表征

图2 材料的电化学性能

图3 材料的储钠机理分析

图4 材料的动力学分析

图5 全电池的电化学性能

L. Zhu, S. Xiang, M. Wang, D. Sun, X. Zhang, L. Fu, X. Huang, Y. Tang, Q. Zhang, H. Wang, Lattice Regulation Boosts Working Voltage and Energy Density of Na3.12Fe2.44(P2O7)2 Cathode for Sodium-Ion Batteries. Adv. Funct. Mater. 2025, 2419611. https://doi.org/10.1002/adfm.202419611

来源：科技与科学