港中深/厦大/理想汽车Matter：通过同步调节表面和体相的微观结构实现长寿命、快充型橄榄石类正极

第一作者：林源盛

通讯作者：张明建*，尹祖伟*，柳志民*

单位：香港中文大学（深圳）， 厦门大学， 北京理想汽车有限公司

当前，大量商用电池级橄榄石类正极材料在满足下一代快速充电技术的需求方面面临着重大挑战。将这些大量现有材料的丢弃或不加选择地回收将造成严重的资源浪费和环境负担。如何进一步提高商用橄榄石类正极材料的快充能力是当前研究者所深思熟虑的问题。以橄榄石型磷酸铁锂（LiFePO₄，LFP）为例，其电子导电性的核心调控手段之一是优化表面碳层的结晶度。传统碳热合成工艺的烧结温度通常为 600℃–800℃，在此温度下生成的碳层结晶度偏低，多为近无定形结构，电子导电率难以满足快充需求。理论上，提高烧结温度可显著提升碳层结晶度与材料电导率，然而，这引发了另一个问题：从热激活晶体生长的 Arrhenius 动力学方程的角度来理解，在常规烧结模式下，提高烧结温度可能会显著增加晶粒径尺寸，从而对 LFP 的倍率性能产生不利影响。问题显而易见，如果能同时提高LFP碳层表面的结晶度又不影响其原本的纳米颗粒尺寸，那么商业化橄榄石类材料快充性能达到天花板的问题很可能被解决。

近日，香港中文大学（深圳）张明建课题组联合厦门大学尹祖伟以及理想汽车柳志民等人在受Zener 钉扎启发的受限晶粒生长动力学，开发了一种简单且可扩展的超快烧结策略来解决这一问题。该策略无需将正极材料进行复杂的参杂包覆处理，仅仅需要将已合成的商业化材料暴露于短时间烧结过程（10多秒快速升温至1000℃随后迅速冷却）。该处理同时调节了LFP材料的表面碳层（减少了C-O缺陷）和颗粒体相的微观结构（使Fe/Li反位量加倍），还保持了原始LFP的纳米级晶粒尺寸。因此，处理后的材料的表面电子导电性和体内锂离子扩散能力得到了很大的提高。升级后的LFP和Li(FexMn1-x)PO4正极的倍率能力提高了25%以上，循环寿命显著延长（5000次快充循环仅仅衰减9.8%），同时，在未来的高能量密度的固态锂金属电池中亦具有广泛的适用性。至关重要的是，通过简单地改造一个标准管式炉，这样的方法已经在实验室里实现了公斤级的工程放大。这项研究为提高商业化材料的性能提供了一种变革性的方法创新——考虑升级加工而非重新合成或者回收， 为下一代高性能正极的工业生产铺平了道路。

破解行业核心矛盾，首创极简超快烧结后处理工艺针对商用橄榄石正极高温改性中 “碳层结晶度提升” 与 “晶粒粗化劣化倍率” 的固有行业矛盾，团队开发出十余秒级一步超快烧结策略。该工艺无需复杂的掺杂、包覆改性，仅对商用成品材料进行短时高温烧结与快速冷却，即可在完全保留材料原生纳米晶粒尺寸的前提下，同步实现表面碳层与体相微观结构的双重精准调控，从工艺根源打破了商用橄榄石正极快充性能的升级瓶颈。

实现电子 - 离子传导双提升，破解 LFP 快充本征瓶颈该工艺通过双维度结构调控，同时攻克了橄榄石正极快充的两大核心限制：表面层面，大幅降低碳层 C-O 缺陷、提升碳层有序度，显著增强材料电子导电性；体相层面，使 Fe/Li 反位缺陷含量翻倍，打破锂离子一维扩散限制、构建三维扩散通道，大幅提升锂离子扩散系数，从材料本征上实现了电子与离子动力学的同步优化。

电化学性能升级显著，全场景适配性优异改性后的橄榄石正极展现出行业领先的电化学性能：8C 高倍率下容量提升超 25%，5000 次快充循环后容量仅衰减 9.8%，循环寿命实现量级式跨越；不仅在液态锂离子电池中表现优异，在高能量密度半固态 / 全固态锂金属电池中同样适配性突出，1C 倍率下容量实现翻倍；同时该工艺对磷酸铁锂（LFP）、磷酸锰铁锂（LMFP）等橄榄石型正极均具备普适性。

规模化落地能力突出，产业价值与拓展空间广阔该工艺无需对现有锂电材料产线进行颠覆性改造，仅通过对传统管式炉、辊道窑加装快速物料输送系统即可实现量产适配，团队已在实验室完成公斤级工程化放大；区别于传统材料重新合成或回收再造的升级路径，该工艺可直接对存量商用材料进行性能升级，大幅降低生产成本与资源环境负担，同时可为硅碳、石墨等其他碳包覆锂电材料的性能升级提供全新技术路径。

Lin et al., Simultaneous regulation of surface-bulk microstructure to achieve long-term fast-charge olivine-type cathodes, Matter (2026),

张明建: 香港中文大学 (深圳) 助理教授。当前研究方向为能量转换与存储材料的构效关系研究，特别是基于同步辐射、中子、透射电镜等多光源多模原位无损表征技术研究锂/钠离子电池正极材料在制备和工况下的构效关系。共发表SCI论文100余篇，其中以通讯/第一作者身份在Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater, CCS Chem.等国际期刊发表SCI收录文章40余篇，Google Scholar引用7000余次，H index: 50。