10月22日消息，arXiv预印本（arXiv:2610.30591，cond-mat.mtrl-sci）发布钠离子电池正极材料的系统性理论研究：研究团队将文献报道的Na/空位有序结构汇编为包含41种唯一有序构型的结构库，统一应用于5种单一过渡金属与全部10种Na_xTM0.5TM'0.5O2混合金属氧化物（TM=Ti、Mn、Fe、Co、Ni），先以机器学习原子间势筛选超过12万个候选结构，再对其中重点对象执行1025次高精度第一性原理计算。

层状钠过渡金属氧化物Na_xTMO2是最有前景的钠离子正极材料之一，但其Na/空位有序性、层堆垛序列与合作Jahn-Teller畸变此前仅对少数单过渡金属化合物有完整认知。本研究构建的相图解释了实验观察到的O3/P3/O1层结构演变序列及其电压特征，并发现O3与P3相的竞争取决于每原子仅数毫电子伏特量级的有序化能差——这类微妙能量差是阳离子电位、层间板距等标量描述符无法捕捉的。

分析还揭示了一个具有设计指导意义的规律：各过渡金属的氧化还原电对形成近似"搭档无关"的氧化还原阶梯——Ti(3+/4+)＜Mn(3+/4+)＜Co(3+/4+)＜Ni(2+/3+)＜Fe(3+/4+)，该阶梯解释了材料初始电荷转移与氧化顺序；对每个TMO6八面体的Van Vleck分析进一步刻画了过渡金属微环境特征。

对钠电产业而言，混合金属正极的组成设计长期依赖经验试错，本研究提供了可解释、可外推的体系化框架，将组成—结构—电压—相稳定性之间的关联显式化，有助于加速高能量密度钠离子正极的理性设计。 （来源：arXiv）