据中国科学院电工研究所今日消息，随着新能源汽车与大规模储能系统对超快充、高容量电池的需求日益迫切，传统石墨负极材料的电池性能已逼近理论极限。黑磷（BP）作为负极材料具有极高的储锂容量，却因导电性差、反应动力学迟缓、充放电过程体积膨胀剧烈等固有缺陷，导致电池快充性能快速衰减。
近日，该研究所马衍伟团队成功突破这一技术瓶颈，创新性提出晶格磷‑氮（P‑N）键工程化策略，实现了黑磷负极材料在超高倍率下的稳定充放电，对推动 BP 基快充电池的实际应用具有重要意义。
▲ P-N-P 结构快速反应动力学特性
研究团队从原子尺度出发，在黑磷负极晶格中精准构筑 P-N 键，利用其对相邻磷-磷（P-P）键共价性的削弱作用，在锂化过程中诱导局部键断裂，活化 P-P 键，从而加速电荷传输，显著提升了转化反应的动力学性能。基于上述突破，团队成功制备出以黑磷为负极、磷酸铁锂为正极的软包电池，其能量密度达 282 瓦时／千克。该电池在高倍率充电条件下，仅需 10 分钟即可充入理论容量的 80％，且历经数千次充放电循环后仍可稳定运行，展现出优异的快充循环耐久性。
▲ 黑磷电极在不同放电状态下锂离子浓度分布优越性
该成果为下一代高能量密度、高功率储能器件开辟了全新技术路径，为我国快充动力电池、电网储能及特种高倍率储能装备迭代升级提供了关键支撑，对推动新能源汽车与储能技术跨越式发展、提升我国在先进储能领域的国际竞争力具有重要战略意义。
研究工作联合澳大利亚皇家墨尔本理工大学共同完成，相关成果于 4 月 21 日发表于《自然・通讯》。研究工作得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金、澳大利亚研究理事会（ARC）的支持。
