维度网讯，武汉理工大学联合西安交通大学的研究团队通过调控层状氧化物正极的晶粒形状，减少了钠离子电池在充放电过程中的晶粒开裂问题。研究以P2-Na0.75Ni0.25Mn0.75O2为对象，通过缩短c轴尺寸制备出更薄的棱柱状晶粒，使晶格应变得到更高效释放、应力集中得到降低。优化后的正极在5 C倍率下循环300次后容量保持率为96.7%，为提升钠离子电池循环寿命提供了一条微观结构设计路线。

钠离子电池因钠资源丰富、分布广泛且与低成本电池化学体系兼容，正越来越多地用于大规模储能场景。层状过渡金属氧化物作为钠离子电池正极材料，具备高容量和良好的可扩展性，但机械稳定性是其短板。钠离子反复嵌入和脱出时，晶格会沿c轴方向发生不均匀的膨胀与收缩，应力在晶粒内部集中并引发裂纹，新暴露的表面与电解液接触后加速副反应和容量衰减。因此，在微观结构层面对应力进行释放，成为改善正极稳定性的可行方向。

这一研究由武汉理工大学（Wuhan University of Technology）领衔、西安交通大学（Xi'an Jiaotong University）参与合作，于2026年5月20日在线发表于eScience Energy期刊。研究聚焦c轴尺寸调控对层状P2型Na0.75Ni0.25Mn0.75O2正极应力演化的影响。结果表明，更薄的晶粒能减少应变积累、改善应力耗散、抑制内部裂纹，并延长电池的循环稳定性。

研究团队制备了形貌调控的NaNMO样品（MT-NaNMO）和化学成分相同的对比样品（C-NaNMO），以便单独考察晶粒几何形状的作用。X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等分析确认两种材料均保持P2层状结构。MT-NaNMO沿c轴形成厚度约为200 nm的棱柱状一次晶粒，而C-NaNMO的晶粒约为800 nm。原位XRD显示，两种样品在充放电过程中的晶格尺度变化相近，关键差异在于应力的积累方式。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）结合几何相位分析（GPA）显示，MT-NaNMO具有稳定的晶格条纹和均匀应变场，C-NaNMO则出现晶格畸变和局部应变。有限元分析（FEA）进一步表明，减小c轴尺寸可使应力分布更均匀。电化学阻抗谱（EIS）和循环测试结果显示，MT-NaNMO的钠离子传输更快、电阻更低、长期稳定性更优。

研究团队认为，这项工作提供了一种在可见损伤出现之前考虑电池失效的思路。层状氧化物在钠离子存储过程中会产生反复的“呼吸”运动，较厚的晶粒会使应变不断积累直至裂纹形成，而缩短应力最集中的方向后，材料可以更早、更均匀地释放应力。该原理可以在成分调控之外为正极设计提供力学层面的参考，帮助构建长期循环稳定的钠离子电池。

研究结果对下一代储能体系具有实际意义。单纯减小整体颗粒尺寸可以改善应力释放，但可能增加表面副反应并降低振实密度；c轴调控则将着力点放在与拉伸应力和晶粒内部开裂最相关的方向。优化后的MT-NaNMO正极在与硬碳（HC）负极配对的全电池中实现约218.3 Wh kg−1的能量密度，并在2 C倍率下循环300次后容量保持率为92.6%。这种定向微观结构策略，可为可再生能源存储和电网规模应用提供更可靠、更低成本的钠离子电池。