摘要： 天津大学团队通过程序化超快焦耳加热，在170秒内完成高镍正极材料合成，并利用Sr非平衡偏析构筑约2 nm结晶岩盐界面层。优化样品在1 C循环500圈后容量保持率达到94.3%。研究显示，快速热处理不仅能缩短制备时间，也可能改变材料表面结构的形成路径。
高镍正极的难题，不只是容量
高镍层状正极有助于提升锂离子电池能量密度，但循环过程中可能出现锂镍混排、晶格氧流失、表面重构和颗粒开裂，最终导致容量衰减。传统高温煅烧有利于成相，却往往需要较长时间，也可能加剧锂挥发、晶粒粗化和元素扩散。
天津大学龚俊波、陈明洋团队在 Energy Storage Materials 发表的研究，尝试通过程序化超快焦耳加热解决这一问题：不是简单地把传统炉热过程“加速”，而是重新设计不同温度阶段的作用，并利用快速冷却保留特定的非平衡结构。
170秒完成热处理，关键是分阶段设计
焦耳加热路线包括500℃处理30秒、800℃保温120秒，整个热过程共170秒；管式炉对照路线为480℃处理5小时、750℃处理12小时，总计约19.4小时。论文报告，焦耳加热路线的热处理时间缩短约410倍。
两段温度并非照搬传统炉热参数：前一阶段用于加速前驱体分解，后一阶段为快速锂化和层状结构结晶提供动力学条件。时间分辨XRD捕捉到前驱体经岩盐中间相转化为层状相的过程。结构精修显示，优化样品的Li/Ni阳离子混排度由管式炉对照样品约4.7%降至2.0%。
快速热历史，如何“留下”2 nm保护界面？
HRTEM显示，管式炉样品形成的Sr富集层约5 nm且结晶性较差；焦耳加热样品则形成约2 nm的结晶重构层，同时保留内部层状晶格。TOF-SIMS和深度剖析XPS显示，Sr主要富集在近表面区域。
研究提出，Sr的较大离子半径与Sr—O相互作用为近表面重分布提供了基础，而快速升温、短时高温与快速冷却共同限制长程扩散，并将非平衡分布保留下来。焦耳加热在这里不仅是“加热得快”，也通过改变热历史影响最终表面结构。
结构稳定性最终体现在循环表现上
与管式炉对照样品相比，优化样品在100圈后Ni局域配位环境变化较小；高电压H2—H3相变期间，晶格收缩和单胞体积变化降低，CO₂释放峰减弱、O₂信号下降。
优化样品在1 C下循环500圈后容量保持率为94.3%，600圈时仍为85.8%；在5 C下循环500圈后保持率为84.0%，在45℃、5 C条件下循环200圈后保持率为84.3%。理论计算与EPR结果进一步支持Sr调控表面有助于提高氧空位形成能、降低相对氧空位浓度的解释。
对快速热处理的启发
这项工作建立了“热历史—近表面结构—循环稳定性”之间的联系。论文报告，焦耳加热路线电能输入约18.4 kWh/kg；对照管式炉工艺按额定功率折算的上限估计约582 kWh/kg。该比较基于论文给出的核算口径，不应直接视为包含前驱体制备、辅助设备和完整生产线的全流程能耗。
后续仍需验证这一策略能否迁移到其他正极体系，以及放大后能否保持温度曲线、表面偏析和批次一致性。
论文信息： Feng, S. et al. “Ultrafast Joule heating drives non-equilibrium Sr segregation toward a stabilizing rock-salt interface in Ni-rich layered cathodes.” Energy Storage Materials 2026, 92, 105599. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2026.105599
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