近日，中科院过程所赵君梅研究员联合西南交通大学前沿科学研究院杨维清教授、徐春柳副研究员在设计新型KTP-型磷酸盐正极材料取得重要进展。相关成果以题为“A Novel KTP-Type NaTiPO₄F electrode material for High-Performance Na-Ion Batteries”发表在(Energy Storage Materials , IF=19，中科院材料科学一区) 上。通讯作者为徐春柳副研究员、杨维清教授、赵君梅研究员，第一作者为徐春柳副研究员，西南交通大学前沿院为第一单位。

钛基聚阴离子磷酸盐因其低成本、稳定结构框架和高安全性，理论上应成为钠离子电池极具前景的正极材料。然而，目前报道的钛基材料普遍存在可逆容量低或平均电压低的缺陷，导致其能量密度不理想而难以作为实用化钠离子电池正极材料。本研究通过将强电负性F⁻阴离子的诱导效应与KTiOPO₄（KTP）型框架结构相结合，成功开发了一种新型钛基NaTiPO₄F材料。该材料展现出~137 mAh g⁻¹的可逆容量和~355 Wh kg⁻¹的能量密度。通过多种原位表征手段结合理论计算，揭示了NaTiPO₄F电极中良好的Na⁺离子扩散动力学、可逆的Ti³⁺/Ti⁴⁺氧化还原反应以及准固溶体反应机制。本工作为低成本钛基磷酸盐电极材料的设计及其在高性能钠离子电池中的应用提供了重要参考。

图1. 钠离子电池中各种钛基磷酸盐电极材料的工作电压和比容量对比

一、材料设计及物理表征测试研究

图2. 氟磷酸钛钠正极材料的物相纯度、晶体构型及化学配位环境表征

二、半电池及全电池的电化学性能研究

图3. 氟磷酸钛钠正极材料的电化学行为、倍率性能及循环性能等测试结果

三、储钠机理和电化学反应机制研究

图4. 氟磷酸钛钠正极材料的原位XRD、XANES及非原位HRTEM表征

四、本征反应动力学研究及理论计算

图5.分子动力学模拟的三维钠离子扩散势垒及电化学动力学表征

五、空气和热稳定性研究

图6.暴露空气的结构稳定性及高温热力学稳定性表征

该项研究工作得到了国家自然科学基金（重点、面上、青年项目）、中国科学院先导项目、中国博士后科学基金项目、四川省科技厅面上项目、河南省科技厅重点项目等支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104156