鈉離子O₃型層狀氧化物具有高能量密度、低成本的特點，是鈉離子電池的理想正極。然而，這類正極通常存在相變、動力學遲緩和空氣不穩(wěn)定等問題，因此很難實現(xiàn)高性能固態(tài)鈉離子電池。

在此，中國科學院上海硅酸鹽研究所黃富強團隊通過設計高熵層狀氧化物正極實現(xiàn)了高倍率固態(tài)鈉離子電池。作者通過高熵設計和鋰摻雜策略減輕了晶格應力，增強了離子導電性，實現(xiàn)了Na_0.95Li_0.06Ni_0.25Cu_0.05Fe_0.15Mn_0.49O₂的高倍率性能、空氣穩(wěn)定性和電化學熱穩(wěn)定性。該正極具有很高的可逆容量（0.2C時為 141 mAh g^-1）、出色的速率能力（8C時為 111 mAh g^-1，20C時為 85 mAh g^-1）和長期穩(wěn)定性（1000 次循環(huán)后容量保持率超過 85%）。

此外，該化合物在七天內保持不變，并在 279 ℃ 之前保持熱穩(wěn)定性。特別地，該正極組裝的聚合物固態(tài)鈉電池在5C時的容量為 92 mAh g^-1，在400次循環(huán)后的保持率仍高達96%。

圖1. 晶體結構表征

總之，該工作報告了一種用于固態(tài)鈉離子電池的新型高熵O₃型層狀正極。高熵結構的設計和Li-TM相互作用減輕了晶格應力，提高了離子電導率，使低電壓區(qū)的O3-P3相變快速可逆，抑制了相變，從而獲得了優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。

同時，由于強化了TMO₂框架和Na-O結合能，Na_0.95LNCFM表現(xiàn)出顯著的空氣穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。高熵和Li-TM相互作用概念的結合是調節(jié)相演化、空氣穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的有效策略。因此，該策略啟發(fā)了更多合理的設計，可應用于一系列O₃正極，以提高固態(tài)鈉離子電池的性能。

圖2. Na_0.95LNCFM PSE 電池的電化學性能

High-Entropy Layered Oxide Cathode Enabling High-Rate for Solid-State Sodium-Ion Batteries, Nano-Micro Letters 2023 DOI: 10.1007/s40820-023-01232-0