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铁介导晶格氧可逆反应把钠离子软包推至 206 Wh kg−1，100 次循环保持 87.8%

顶级刊物论文速递 · 发布 2026-08-20T17:40:00+08:00 · 更新 2026-08-20T17:48:58+08:00

核心结论

Nature Energy 在层状氧化物正极中引入铁作为体相氧化还原介体：充电时 Fe4+ 从晶格氧接收电子，放电时 Fe2+ 再向氧化后的氧回送电子，使晶格氧氧化还原可逆性由 75% 提高到 99%。采用该正极的钠离子软包电池能量密度达到 206 Wh kg−1，在 50 mA g−1 下循环 100 次后容量保持 87.8%。结果缓解高能正极结构衰减，但循环数、倍率、全电池材料用量和规模制造仍待验证。

Nature Energy 8 月 20 日发表钠离子电池层状氧化物正极研究，目标是解决晶格氧氧化还原“容量高但难以可逆”的矛盾。传统过渡金属氧化还原能提供的容量有限，激活晶格氧可提高能量密度；但深度充电时氧容易形成不可逆物种、逸出或诱发结构重排，导致电压衰减和容量快速损失，成为高能钠正极的重要瓶颈。

铁介导晶格氧氧化还原的钠离子电池正极机制
论文图 1 展示铁离子在充放电期间调节晶格氧电子转移的设计与表征。（图源：论文作者，来源页：Nature Energy）

团队在 Na2/3Mn7/12Mg1/4Fe1/6O2 正极中利用铁离子作为体相氧化还原介体。论文提出，充电时 Fe4+ 通过化学路径从晶格氧接收电子，放电时 Fe2+ 再把电子交还给已氧化的氧，从而帮助氧在循环中回到原有状态。借助这种铁介导机制，作者测得晶格氧氧化还原可逆性从 75% 提高到 99%，把原本容易积累的不可逆反应转成更闭合的电子往返。

在软包全电池演示中，晶格氧激活正极实现 206 Wh kg−1 的能量密度，并在 50 mA g−1 下稳定运行 100 次，容量保持率为 87.8%。对钠离子技术而言，较高能量密度有助于缩小与锂离子体系的差距，而钠资源和部分材料供应链具有成本潜力。更重要的是，这项工作提供了通过可变价金属“照看”氧反应的设计逻辑，可能扩展到其他阴离子氧化还原正极。

但 100 次循环距离储能和交通应用寿命仍有差距，50 mA g−1 的倍率也不足以代表快充与高功率。206 Wh kg−1 的核算边界需要结合负极、电解液、集流体和包装质量判断；铁介导是否在高温、过充和大面积电极中保持均匀，尚未由摘要解决。后续应给出更长循环、低温和快充表现、气体与结构在线表征、材料合成良率及软包安全测试，并在独立实验室复现 99% 可逆性。

来源： Nature Energy 原始论文（8 月 20 日）

信息来源

可信度说明

来源为同行评议的 Nature Energy 原始论文，可核验正极组成、铁介导电子转移、可逆性由 75% 到 99%、206 Wh kg−1 软包和 100 次循环数据。当前仍是材料机制与早期全电池验证；能量密度口径、长循环、倍率、低温、安全、良率和成本决定实际可用性。

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