针对低成本钠离子电池O3型层状氧化物正极循环稳定性较差的难题，本研究以大离子半径的锶取代部分NaNi_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂中的钠离子，制备出Na_0.99Sr_0.005Ni_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂正极材料。研究借助原位XRD、CV、XPS等手段，系统揭示了锶通过在钠层起支柱作用抑制层状结构坍塌，从而提升材料循环性能的内在机制。研究阐明了支柱离子增强材料循环稳定性的机理，为通过组分设计定向开发长寿命O3型正极提供了新思路。

标准引用格式：

MENG Y, GUO Y, JI Y, Wang R, Mao G, Tian Q, Tong H*, Yu W*,Yin S. Modulation of trace strontium as pillars in sodium layers for stable O3-type sodium-ion battery cathodes [J]. Journal of Energy Storage, 2026, 165: 122111.DOI:10.1016/j.est.2026.122111

作者及单位：

孟钰麒（第一作者），郭亦奇，季勇，王瑞，毛高强，田庆华，童汇*，喻万景*，訚硕（* 为通讯作者）；

中南大学资源循环研究院，湖南 长沙 410083

[Journal of Energy Storage（SCI收录，JCR Q1，IF 9.8）]，[2026]，[165]：[122111]

全文链接 / DOI：

10.1016/j.est.2026.122111

huitong@csu.edu.cn

由于钠具有较高的自然丰度，钠离子电池凭借其成本优势逐渐成为在电网级储能中对锂离子电池储能系统有吸引力的替代方案。在众多正极体系中，O3型层状过渡金属氧化物（Na_xTMO₂，x>0.7）由于成分可以灵活调整并且具有高可逆比容量，被认为是高能量密度钠离子电池最有前景的正极材料。

本研究面向长循环O3型钠电正极的设计需求，围绕支柱离子抑制结构坍塌的核心思路，取得以下创新成果：

首次揭示微量锶掺杂以支柱效应增强结构稳定性和钠离子扩散动力学的机制，丰富了O3型层状正极结构稳定性影响因素的理论体系；

以大离子半径的锶部分取代钠，开发了Na_0.99Sr_0.005Ni_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂长寿命正极材料，在1C下循环200圈容量保持率达79.3%，5C倍率下比容量为107.9 mAh/g，全电池能量密度达360.2 Wh/kg，百次循环保持率86.5%；

明确了支柱离子对循环性能的作用机理，为通过组分选择设计长寿命正极提供了可推广的设计思路。

（图1）

（图2）

图1表明NaNi_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂（NNFM）与Na_0.99Sr_0.005Ni_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂（NSNFM-2）均为基于α-NaFeO₂、空间群R3̄m的良好层状结构，无杂相，NSNFM最优的锶含量为0.005，引入锶后钠层间距扩张，氧四面体体积增大。图2的原位XRD显示引入锶后c轴的变化率降低至6.23%。

（图4）

图3显示引入锶后钠离子扩散动力学有所提升，图4的循环和倍率数据显示200次循环后NSNFM-2的容量保持率为79.3%，而NFNM仅为58.6%，锶显著增强了循环性能。

本研究系统阐明了Sr²⁺掺杂对NaNi_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂正极结构稳定性的影响及其机理。结果表明：Sr²⁺因离子半径匹配优先进入Na位，扩大层间距、削弱Na–O静电吸引，促进Na+传输；同时通过电荷补偿降低Mn³⁺含量，缓解Jahn–Teller畸变，形成的SrO₆八面体以强Sr–O键作为刚性柱撑，有效抑制O3–P3相变过程中的晶格应变与微裂纹萌生。优化后的Na_0.99Sr_0.005Ni_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂在1C下循环200次容量保持率达79.3%（原始仅58.6%），5C倍率下比容量为107.9 mAh/g，全电池能量密度达360.2 Wh/kg，百次循环保持率86.5%，充分验证了该支柱策略的有效性与先进性。本研究为资源循环领域低成本、长寿命钠离子电池正极材料设计提供了新理论支撑，有望替代高污染铅酸电池，缓解锂资源短缺压力，在电动自行车、低速电动车及电网储能等场景具有明确的应用前景与推广价值。后续将优化掺杂浓度与合成工艺，推进工程化放大，并探索其在宽温域、快充等复杂工况下的适应性。