我院姜付义教授团队周艳丽副教授在快充钠离子电池领域取得系列进展

近期，我院姜付义教授团队周艳丽副教授在快充钠离子电池负极材料研究方面取得重要进展，连续在材料、能源和化学领域国际权威期刊：《Advanced Science》（中科院一区，Top，IF=14.1）、《Energy & Environmental Materials》（中科院一区，Top，IF=14.1）和《Journal of Colloid and Interface Science》（中科院一区，Top，IF=9.7）上发表三篇高水平研究论文。研究团队分别从缺陷工程、碳层包覆和异质结构构筑三种策略出发，系统提升了过渡金属硫属化合物的储钠动力学和宽温域适应性，形成了从“内部缺陷→界面修饰→界面电场”的完整研究链条。

上述工作，烟台大学均为第一通讯单位，依托山东省先进结构材料基因组工程重点实验室完成。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省国内访学研修项目等项目的资助。

论文一：Advanced Science

Defect-Engineered Bulk Conversion Anodes for Fast and Temperature-Adaptive Na⁺ Storage

图1 富缺陷体相Fe₇Se_8-x的制备与宽温快充储钠研究

该工作针对传统铁基硒化物负极体积膨胀严重、依赖纳米化和碳复合导致容量降低等问题，提出了一种缺陷辅助的低成本固相合成策略，通过调控Fe/Se原料比例直接制备出具有不同硒空位浓度的无碳微米级Fe₇Se_8-x负极。

结合醚类电解液，适度缺陷的Fe₇Se_8-x（Fe:Se=1:8）实现了稳定的电极界面和优异的宽温储钠性能。室温下，该负极在0.5 A g^-1下可逆容量达447.3 mAh g^-1；在5 A g^-1下经1300次循环后仍保持384 mAh g^-1；在40 A g^-1超高电流密度下仍可输出168 mAh g^-1。即使在0 °C低温下，2 A g^-1经1000次循环后仍保持170.6 mAh g^-1；40 °C高温下，5 A g^-1经500次循环后保持371.7 mAh g^-1。通过原位XRD、非原位HRTEM/XPS和DFT计算，揭示了硒空位增强电子导电性、降低Na⁺迁移能垒的物理根源。

该无碳合成策略还被成功推广至Fe₇S_8-x和CoSe_2-x体系，验证了其在其他转化型负极材料中的普适性。

论文二：Energy & Environmental Materials

1. Doped Carbon Encapsulated FeV₂S₄/Fe Nanorods as Fast-Charging Anodes for All-Climate Sodium-Ion Storage

   

   图2 FeV₂S₄/Fe@NC纳米棒的制备与宽温快充储钠研究

   该工作以双金属硫化物FeV₂S₄为研究对象，通过多步合成策略构筑了氮掺杂碳层包覆的FeV₂S₄/Fe纳米棒复合材料（FeV₂S₄/Fe@NC）。外层NC作为保护层和导电层，有效缓冲体积膨胀并抑制多硫化物溶解；内部金属Fe发挥“微集流体”和催化作用；碳层和材料内部的缺陷结构提供了更多活性位点。

   电化学测试表明，最优样品在0.5 A g^-1下可逆容量达590 mAh g^-1，在2 A g^-1下经400次循环后保持525 mAh g^-1，在15 A g^-1下仍可输出281 mAh g^-1。尤为突出的是其全气候适应性：0 °C下0.5 A g^-1经200次循环后保持371 mAh g^-1；40 °C下2 A g^-1经300次循环后保持529.2 mAh g^-1，性能与室温几乎相当。

   通过不同温度下的XPS深度剖析发现，该材料在醚类电解液中能够形成以NaF、Na₂O和Na₂CO₃为主的无机物富集SEI膜，有效保障了快充条件下的界面稳定性。DFT计算进一步表明，NC层的引入显著增强了材料的电子导电性和钠亲和性。

   论文三：Journal of Colloid and Interface Science

   CoS/V₃S₄ heterostructures wrapped by nitrogen-sulfur co-doped carbon for ultra-fast-charging sodium-ion batteries

   

   图3 CoS/V₃S₄@NSC异质结构的制备与快充储钠研究

   该工作创新性地设计了氮硫双掺杂碳（NSC）封装的CoS/V₃S₄异质结构纳米盘（CoS/V₃S₄@NSC）。CoS和V₃S₄形成的异质界面诱导了界面电子重新分布和内建电场的形成，DFT计算证实该异质结构在费米能级附近的电子态密度显著增强；外层NSC提供保护并抑制多硫化物的溶解，该复合材料中丰富的碳/硫缺陷提供了额外的储钠活性位点；结合醚类电解液，促进了薄而稳定的无机物富集型SEI膜的形成。

   电化学测试结果显示，CoS/V₃S₄@NC负极在0.5 A g^-1下首圈库仑效率高达95.7%，可逆容量达622.6 mAh g^-1；在15 A g^-1下经300次循环后仍保持291.5 mAh g^-1；在40 A g^-1的超高电流密度下（充电时间仅需12秒），仍能输出143.1 mAh g^-1，展现出迄今为止文献报道中最优异的超快充性能之一。

   以NVP@rGO为正极组装的全电池，在1 A g^-1下经1500次长循环后容量保持414.1 mAh g^-1，几乎无衰减。软包电池可驱动小型风扇并点亮LED灯组，弯折至90°和180°仍能正常工作，展现出良好的实际应用前景。

   三篇论文链接：

1. https://doi.org/10.1002/advs.202515276

2. https://doi.org/10.1002/eem2.70191

3. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2026.140797