锂离子电池作为当前主流储能技术，石墨负极凭借成本、安全性与稳定性优势，长期占据消费电子、电动汽车等领域核心地位。但在大功率快充、低温运行等高要求场景下，传统石墨面临界面锂离子传输缓慢、高倍率容量衰减、边缘强吸附引发SEI膜不均与锂枝晶生长等关键问题。现有改性技术多存在工艺复杂、难以量产、无法兼容工业产线等短板，兼顾高倍率、长寿命、低温性能与规模化制造，一直是全球锂电行业的重大挑战。
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。相关成果正式发表于国际顶刊《Nature Sustainability》。
【本文要点】
规模化制备：通过低温预氧化与高温碳化，实现公斤级 GA 量产，层间作用力弱、缺陷少、层间距拓宽。
原位包覆改性：液相前驱体直接包覆商用石墨，碳化后形成稳定导电界面层，完全兼容工业流程。
机理深度阐释：DFT 计算证实，GA 包覆可钝化石墨边缘强吸附态，降低锂离子结合能，使扩散速率提升约3倍。
全层级性能验证：从扣式电池到 18650 圆柱电芯，系统测试快充、长循环、低温性能。
【图文解析】
图1 石墨聚集体及改性负极的工艺与结构表征
研究团队独创线性-梯状-平面（LLP）合成策略，以液态聚丙烯腈为前驱体，搭建起公斤级高结晶度石墨聚集体的工业化制备路线。研究团队通过液态前驱体在空气中低温预氧化，促使线性分子链发生环化反应，形成共轭梯形结构的红色固体中间体，再在惰性气氛保护下进行高温碳化，使梯形结构进一步转化为热力学稳定的平面结构，最终得到石墨聚集体。这种新型材料具有层间作用力弱、层间距拓宽、缺陷含量低等优势，其液相前驱体可直接均匀包覆商用石墨颗粒，经碳化后形成致密导电的包覆层，完成对传统石墨负极的高效改性，全程无需改动现有混料、涂布、烧结等工业工艺，单批次产能可达公斤级，具备成熟的工业放大与量产应用潜力。
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。
图 2 密度泛函理论计算结果
研究团队通过密度泛函理论计算与分子动力学模拟，精准揭示了改性技术的核心机理：传统石墨锯齿边缘的碳原子 pz 轨道形成拓扑表面态，锂离子与该位点结合能达-0.62 eV，导致锂离子在界面堆积难以快速嵌入石墨体相，进而引发析锂等问题；而石墨聚集体包覆后，界面位点对锂离子的吸附能降至-0.20 eV左右，大幅弱化锂离子与碳层的过度结合。马尔可夫链模型计算证实，改性界面上锂离子的有效扩散速率是传统石墨边缘的三倍，可实现锂离子均匀、快速嵌入层间，有效避免局部过充、锂枝晶生长与固体电解质界面膜过度分解，从电子结构层面解决了传统石墨的界面传输难题。
【总结与展望】
该技术不仅实现了高性能负极材料的可控制备与规模化生产，生命周期评估显示其在可再生能源驱动下具备极低的生态足迹，不依赖强酸处理或复杂的化学气相沉积设备，兼具技术可行性与环境可持续性，可广泛应用于新能源汽车、消费电子、低温储能等领域，无需更换现有产线即可实现电池性能的跨越式升级，为推动锂离子电池向高倍率、长寿命、低碳化方向发展提供了重要的技术支撑与理论依据。
当电池行业还在追求更高镍、更高硅时，深圳大学团队的研究成果证明，对成熟石墨负极进行精细化界面调控，同样能释放巨大性能潜力。对于亟需突破快充速度与低温续航瓶颈的电池产业而言，这种可液相加工、可规模化量产、完全兼容现有产线的包覆技术，是下一代高性能负极材料兼具实用性与产业化前景的重要发展方向。
Scalable synthesis of graphitic aggregates for high-rate battery anode, Nature Sustainability (2026)
https://www.nature.com/articles/s41893-026-01813-y
