近日，糖心视频 万初斌教授团队在钠离子电池正极材料研究方面取得重要进展。该成果以“Ce-Induced Optimization of Local Lattice and Electronic Structure Suppresses Voltage Hysteresis in Mn-Based NASICON Cathodes”为题发表在国际顶级期刊《Energy Storage Materials》（IF：20.2，纳米科技：中科院1区）。第一作者为糖心视频 博士研究生张贺祥。
Mn基NASICON材料因能实现多电子氧化还原反应、高能量密度，成为下一代钠离子电池正极的核心候选材料。然而,Mn基NASICON材料中本征反位缺陷（IASDs）阻塞钠离子扩散通道，高自旋Mn3+易引发Jahn-Teller畸变，这些问题引发显著的电压滞后，导致循环稳定性差、能量效率降低，严重阻碍其商业化进程。本研究聚焦上述核心科学问题，创新性地采用稀土Ce元素掺杂，通过Ce高局域化4f电子结构调控局域晶格与电子结构，实现对反位缺陷及Jahn-Teller畸变的协同抑制，有效缓解充放电过程中的电压滞后。
通过中子衍射确定原子占位，验证Ce占据过渡金属（Mn）位点，进一步的Rietveld精修结果证实，Ce掺杂后Mn占据Na位置减少，表明反位缺陷（IASDs）得到有效抑制。同步辐射EXAFS分析结果显示，掺杂后Mn-Na峰显著减弱，进一步佐证了Ce掺杂对Mn占据Na位点的抑制作用。原位X射线吸收谱结果证实了Ce掺杂样品在充放电过程具有更优异的可逆性。结合 DFT &AIMD计算，Ce掺杂后的本征反位缺陷形成能显著提高，从而实现对缺陷演化的精准调控。
图1 基于中子衍射精修，X射线吸收谱等测试的晶体结构表征的晶体结构、电子态及形貌特征表征
图2 DFT&AIMD计算Ce掺杂对Mn基NASICON材料电子结构、Na+扩散系数及缺陷形成能的调控
本研究工作证实了Ce 掺杂通过收缩Mn-O键以稳定周围MnO6八面体结构，有效抑制Mn3+的Jahn–Teller畸变，同时拓宽并连续化Na+扩散通道，显著降低Na+迁移势垒。此外，Ce具有高度局域的4f电子特性，调控局域电子结构，降低带隙宽度并削弱缺陷态强度，进而提升电子电导率。晶体结构和电子结构的协同优化最终实现了Mn基NASICON正极材料整体反应动力学的显著提升。
参考文献
H.X. Zhang, P.Y. Pan, A.C. Tang, R.K. Li, B.J. Zhao, C.Y. Hou, C. Bin Wan*, X.H. Meng, H.J. Zhang, X.Y. Hu, Y.T. Wang, M.F. Huang, X. Ju, Y. Wu*, Ce-induced optimization of local lattice and electronic structure suppresses voltage hysteresis in Mn-based NASICON cathodes, Energy Storage Mater. 86 (2026) 104918.
论文链接： //doi.org/10.1016/j.ensm.2026.104918
