【研究背景】石墨作为锂离子电池主流负极材料，在大功率快充与低温工况下，界面锂离子传输缓慢、锯齿边缘强吸附导致SEI不均、锂枝晶易生长。现有改性方法普遍存在工艺复杂、难以规模化、无法兼容现有产线等问题，成为高倍率电池发展的关键障碍。
【工作简介】近日，深圳大学联合湘潭大学、中国科学院深圳先进技术研究院、南方科技大学等单位，在欧阳晓平院士指导下，由刘剑洪、张黔玲教授团队牵头，胡江涛副教授、叶盛华、彭超研究员等核心成员攻关，成功开发出可规模化制备的石墨聚集体（GA）包覆技术，从根源优化石墨界面锂离子传输与界面稳定性，为高倍率、长寿命、可持续锂离子电池提供产业化新路径。该文章发表在国际顶级期刊Nature Sustainability上，胡江涛副教授担任第一作者与共同通讯作者，中科院深圳先进技术研究院彭超研究员、深圳大学叶盛华研究员、张黔玲教授、刘剑洪教授及湘潭大学欧阳晓平院士为共同通讯作者。
【内容表述】石墨负极凭借资源丰富、成本低廉、稳定性优异的特点，长期占据消费电子与电动汽车锂离子电池负极材料的主流地位，但在大功率快充、低温续航等关键场景中，传统石墨始终面临难以突破的瓶颈：电解液与石墨界面的锂离子传输速率缓慢，导致高倍率工况下电池容量大幅衰减，而石墨锯齿边缘对锂离子的强吸附作用，还会引发固体电解质界面膜分布不均、锂枝晶析出等安全与性能问题。尽管全球学术界与工业界长期探索各类界面调控方案，但多数改性技术存在合成流程复杂、规模化产能不足、无法适配现有工业生产流程等缺陷，在不颠覆成熟产线的前提下同时实现高倍率、长循环与低温稳定运行，仍是锂离子电池领域亟待解决的核心难题。
该团队以液态聚丙烯腈（LPAN）为前驱体，经低温预氧化、高温碳化实现公斤级石墨聚集体批量制备。该材料具有弱层间相互作用、层间距拓宽、缺陷少等高优特性，液相前驱体可直接均匀包覆商用石墨，全程兼容现有混料、涂布、烧结工业流程，无需改造产线即可实现规模化应用，兼具低成本、可放大与低碳环保优势。
测试结果显示，经石墨聚集体改性的负极（GHT）性能实现跨越式提升。扣式电池中，初始库仑效率达 96.27%，5C 倍率容量保持率较传统石墨提升超 60%，200 次循环容量保持率 91.71%。在商业化18650圆柱电芯中，1C倍率循环1000次容量保持率87.9%，3C倍率循环500次仍达83.9%；−10℃低温下，2C、3C 倍率容量保持率分别为93.2%、92.2%，显著拓宽电池工作温度与功率窗口。
【核心结论】该技术突破传统石墨改性瓶颈，不依赖复杂设备与强酸处理，生命周期评估表明其在可再生能源驱动下生态足迹极低，符合双碳目标。成果可直接应用于新能源汽车、快充消费电子、低温储能等场景，以最小产线改动实现电池性能跃升，为高倍率、长寿命、高安全锂离子电池产业化提供关键支撑。
本文由智算芯能前沿网编辑整理，转载请注明出处。