原子级调控突破瓶颈 黑磷快充电池实现10分钟充电80%

电子发烧友网综合报道
近日，中国科学院电工研究所马衍伟、王凯研究员团队对外发布黑磷快充电池关键技术突破成果。该成果从原子尺度解决黑磷负极本征缺陷，成功制备出可10分钟充电80%的软包电池原型，为高能量密度、高功率密度电化学储能体系提供了全新技术路线，对新能源汽车与电网储能行业的技术升级具有重要推动作用。

当前，新能源汽车普及与电网规模化储能快速推进，动力电池与储能电池对快充能力、能量密度与循环稳定性提出更高要求。传统石墨负极已接近理论容量上限，继续通过材料改性与结构优化实现性能大幅提升的空间有限，行业亟须具备更高容量与更快动力学特性的新型负极材料。

黑磷因具备较高理论储锂容量、层状结构与适宜离子扩散通道，被视为下一代高倍率负极的重要候选材料，但长期受导电性差、充放电过程体积膨胀显著、高倍率下结构易坍塌与性能快速衰减等问题制约，难以满足实际应用条件。如何在保持高容量的同时实现稳定快充，成为黑磷基电池走向应用的核心瓶颈。

此次研究团队摒弃传统复合与表面包覆思路，转向晶格尺度精准调控，创新性提出磷—氮键工程策略。研究人员在黑磷晶体内部定向构建稳定磷—氮化学键，通过该化学键对相邻磷—磷键的共价性进行适度弱化，在锂化过程中诱导局部键合状态有序调整，激活惰性位点并加快电荷转移与锂离子传输速率。

同时，借助氮原子的嵌入作用稳定磷原子骨架，抑制充放电过程中的体积形变，保障电极结构在高倍率工况下的完整性，从机理上同时解决离子传输慢与结构稳定性差两大难题，实现黑磷负极在快充条件下的高效稳定工作。

依托该技术，研究团队完成黑磷负极、磷酸铁锂正极软包电池原型制备并开展系统测试。实测数据显示，该电池能量密度达到282瓦时/千克，显著高于当前商用磷酸铁锂电池水平；在高倍率充电模式下，10分钟可充至80%电量，满足超快充补能需求；且经过数千次循环后性能保持稳定，兼顾高能量密度、超快充能力与长循环寿命，综合指标达到行业先进水平，充分验证了磷—氮键工程策略的可行性与优越性。

从技术价值来看，此次突破不局限于单一材料优化，而是建立起可复制的负极改性方法，通过原子级精准设计调控材料本征物性，为其他高容量、大膨胀负极材料的性能提升提供参考范式。该技术路线不依赖稀有贵金属，原材料供给与制备工艺具备规模化潜力，可与现有锂电池制造体系兼容，有利于降低产业化门槛与推广成本。

在应用场景上，该技术既可用于新能源汽车动力电池，显著缩短充电时间、提升续航与补能效率，缓解用户里程与充电焦虑；也适配电网侧调频、调峰、应急备电等储能场景，满足快速响应与高功率吞吐需求；同时可拓展至特种装备、航空航天等对快充与可靠性要求严苛的领域，具备全场景覆盖潜力。