近日，我院姚胡蓉教授课题组在钠离子电池层状氧化物正极材料领域取得重要进展。研究团队创新性地提出了电负性熵权重（Wχ）公式，有效量化并预测高熵层状氧化物的堆叠结构倾向，成功设计合成了低钠含量的O3堆叠结构的高性能正极材料。该研究成果以“Electronegativity and Entropy Design of Layered Oxides for Sodium-ion Batteries”为题，发表于国际顶级学术期刊《Nature Communications》。
层状过渡金属氧化物是钠离子电池最具应用前景的正极材料体系之一，其性能高度依赖于钠层的堆叠结构（O3型或P2型）。通常，钠含量是决定结构类型的关键因素。然而，在高熵或多组分体系中，由于过渡金属（TM）种类增多、相互作用复杂，组成与结构之间的关联变得模糊，“阳离子势”等规则失效，使得高性能、高稳定性正极材料的合理设计面临挑战。
图1：提出电负性熵权重概念与理论验证
我院姚胡蓉教授团队长期致力于新能源材料的结构设计和性能研究。为了破解这一设计难题并指明未来材料开发方向，团队创新性地提出 “电负性熵权重（Wχ）” 这一物理化学描述符，首次将离子电负性与构型熵结合，用于量化并预测高熵层状氧化物的堆叠结构倾向。文章通过大量数据统计与机器学习验证了该描述符对预测材料堆叠结构的能力。基于此理论指导，团队成功设计并合成了一种低钠含量的O3型高熵正极材料（O3-Na0.67），材料实现了优异的循环稳定性（200次循环容量保持率93.02%）和倍率性能（1.73 A g⁻¹下容量保持69.1%）。其独特的结构还赋予了卓越的空气/水稳定性，在钾离子电池中也表现出良好性能，展现了该设计策略的普适性与应用潜力。该研究为合理设计复杂组分的高性能电极材料提供了全新的理论方法。
图2：构型熵在物相形成中的作用
福建师范大学为论文第一完成单位，我院硕士研究生甘露为第一作者，中国科学院化学研究所郭玉国研究员、宁德时代欧阳楚英教授及我院姚胡蓉教授为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、福建省自然科学基金及宁德时代21C创新实验室等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-68016-5
