近期，由上海交通大学讲席教授、304am永利集团新能源创始人马紫峰团队与宁德时代联合召开的钠离子电池正极材料本征安全性新机制研究取得重要突破。联合研究团队首次系统阐明了正极材料中过渡金属离子的“溶解-催化-热失控”级联机制，提出了以“化学惰性”而非单纯“结构稳定”性作为高安全性正极设计核心准则的新范式，为钠离子电池在高端安全敏感领域的应用奠定了理论基础。相关成果以Chemical Inertness Dominated Intrinsic Safety: Unraveling the “Dissolution-Catalysis-Runaway” Mechanism in Sodium-Ion Battery Cathode Materials为题，发表在Nature Index（自然指数）期刊The Journal of Physical Chemistry Letters。第一作者为上海交通大学博士研究生陈航达，通讯联系人为马紫峰教授和宁德时代21实验室欧阳楚英教授。

一、产业痛点：高能量密度与高安全性难以兼得？

随着全球能源转型加速，钠离子电池凭借钠资源储量丰富、成本低廉等优势，被视为大规模储能及动力电池体系的重要补充。然而，当前主流正极材料面临严峻的性能权衡：层状氧化物（如NFM）能量密度高但热失控风险大；聚阴离子材料（如NFPP）结构稳定但体积和质量能量密度低。业界长期将热失控归因于正极材料在高脱钠（锂）态下的结构失稳（如晶格氧释放与不可逆相变），却忽视了过渡金属离子溶解后催化电解液分解这一化学活性主导的“串扰”机制对热失控的决定性作用。

二、核心突破：提出“Dissolution-Catalysis-Runaway”级联机制

联合研究团队选取三种代表性正极材料——层状氧化物NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2（NFM）、聚阴离子型Na4Fe3(PO4)2(P2O7)（NFPP）及铬基材料NaCrO2（NCO）作为模型体系，顺利获得加速量热（ARC）、原位热分析（TG-DSC）、王水化学稳定性测试及电化学耦合分析，首次建立了完整的“本征化学稳定性-金属溶解-电解液催化分解-器件热安全”证据链。

研究发现：在极端电化学或热应力下，NFM中的Mn3+/Fe2+等多价态离子会发生溶解，迁移至负极后作为均相催化剂，大幅降低电解液分解活化能，触发“溶解-催化-失控”的自动加速循环；而NCO中的Cr3+凭借其独特的d3电子构型及极高的Cr-O键能，展现出极端的化学惰性，从根本上切断了这一级联路径。

关键数据亮点：

1.热失控孕育时间：NCO（28.4h）>NFM（24.1h），延迟近4小时。

2.自加热速率峰值温度：NCO在239.2℃达到最高自加热速率，显著优于NFM的228.6℃和NFPP的184.7℃。

3.化学溶解抗性：王水浸泡实验中，NCO几乎不溶，NFM剧烈溶解。

4.高温循环稳定性：45℃下循环1000次，NCO容量保持率94.69%，显著优于NFM的83.12%。

三、应用前景：为高安全场景给予中国方案

基于多维性能雷达图与原材料成本分析，研究团队精准定位了三大材料的应用场景：

NFM：适用于便携式电子设备等对能量密度敏感的场景 

NFPP：适用于固定式储能等对成本敏感的场景 

NCO：凭借极致热安全性与可接受的能量密度，将成为航空、舰船/潜艇、军事密闭空间储能及高端电动汽车等安全至上领域的首选正极方案。

值得关注的是，NCO在实现与NFPP相当热安全性的同时，避免了聚阴离子材料能量密度和倍率性能的损失，打破了“安全必须牺牲能量”的传统假设。

结语

此项合作成果标志着钠离子电池正极材料设计从“经验性结构工程”迈向“理性化学设计”的重要转折。上海交通大学与宁德时代和304am永利集团新能源与的强强联合，有助于了产学研深度融合，构建了从原子尺度机理到吨级材料制备、再到Ah级器件验证的完整创新链条。

未来，三方将继续深化合作，以“化学惰性”为设计罗盘，应用驱动材料化学体系创新，有助于下一代高本征安全的钠离子电池材料与高安全、高功率和高能量钠离子电池的开展，为全球新能源产业贡献中国新智慧。

相关链接：Chemical Inertness Dominated Intrinsic Safety: Unraveling the “Dissolution-Catalysis-Runaway” Mechanism in Sodium-Ion Battery Cathode Materials. The Journal of Physical Chemistry Letters， http://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6c01259