文章导读
2026年4月16日，深圳大学联合多家单位在Nature Sustainability发表重要研究成果，针对传统石墨负极快充慢、循环差、低温弱等行业瓶颈，提出全新石墨聚集体界面调控范式，实现可工业化的高倍率锂电负极技术突破。相关研究成果在《Nature Sustainability》上发表。该论文由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。
成果简介
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。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。
关键创新
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。
图文导读
图1. 石墨聚集体及改性负极的工艺与结构表征： a. 石墨聚集体规模化制备路线，包含低温预氧化与高温碳化过程；b. 氧气气氛下的热重‑质谱联用测试结果，展示液态聚丙烯腈（LPAN）的热重曲线及对应水信号（质荷比 m/z=18）；c. 液态聚丙烯腈、220℃预氧化产物、1250 ℃煅烧固体中间体及3000 ℃煅烧最终石墨聚集体的傅里叶变换红外光谱；d. 石墨聚集体规模化生产装置；e、f. 不同频段下所制备石墨聚集体的拉曼光谱；g. 1250 ℃煅烧产物的环形暗场扫描透射电镜图像；h、i. 商用石墨（HT）与石墨聚集体改性石墨（GHT）的透射电镜图像。
图2. 密度泛函理论计算结果：a. 石墨的扶手椅型边缘与锯齿型边缘结构；b. 石墨聚集体包覆后的扶手椅型与锯齿型异质结构，红色区域为分子动力学模拟中锂离子的可迁移区域；c、d. 分别为纯石墨与包覆改性石墨中锂离子在不同位点的吸附能曲线；e、f. 分别为锯齿型边缘、锯齿型边缘 / 石墨聚集体异质界面处锂离子结合的晶体轨道哈密顿布居分析；g、h. 锂离子在初始位点引入后，抵达距初始吸附位点约 19 埃处的相对位点占据概率，其中 g 为纯石墨，h 为石墨聚集体包覆石墨。
总结展望
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。
原文链接
Scalable synthesis of graphitic aggregates for high-rate battery anode, Nature Sustainability (2026)
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41893-026-01813-y
转载自：材料人
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