前言

近日，中国科学院电工研究所马衍伟团队成功突破技术瓶颈，创新性提出晶格磷‑氮（P‑N）键工程化策略，实现了黑磷负极材料在超高倍率下的稳定充放电，对推动BP基快充电池的实际应用具有重要意义，为下一代高能量密度、超快充储能器件开辟全新技术路径。

技术突破

当前新能源汽车与大规模储能系统对超快充、高容量电池需求持续攀升，传统石墨负极材料已逼近理论性能极限，难以兼顾快充与高能量密度。黑磷（BP）因具备极高储锂容量，被视为理想的下一代负极材料，但长期受导电性差、反应动力学迟缓、充放电体积膨胀剧烈等固有缺陷制约，快充性能易快速衰减，难以实用化。

针对行业核心瓶颈，研究团队从原子尺度创新突破，提出晶格磷‑氮（P‑N）键工程化策略，在黑磷负极晶格中精准构筑 P‑N 键。该键可削弱相邻磷‑磷（P‑P）键的共价性，在锂化过程中诱导局部键断裂、活化 P‑P 键，大幅加速电荷传输，显著提升转化反应动力学，从根源解决黑磷负极快充衰减与体积膨胀难题。

图1.P-N-P结构快速反应动力学特性

基于该技术，团队成功制备出黑磷负极+磷酸铁锂正极软包电池，核心性能指标实现跨越式提升：能量密度达282瓦时/千克；高倍率充电下，10 分钟即可充入理论容量的80%；历经数千次充放电循环后仍稳定运行，兼具优异快充能力与循环耐久性。

图2.黑鳞电极在不同放电状态下锂离子浓度分布优越性

结语

此项成果不仅攻克了黑磷负极产业化的关键技术障碍，更为快充动力电池、电网储能及特种高倍率储能装备迭代升级提供核心支撑，对推动新能源汽车与储能技术跨越式发展、提升我国先进储能领域国际竞争力具有重要战略意义。

研究工作联合澳大利亚皇家墨尔本理工大学共同完成，相关成果发表于《自然・通讯》。研究工作得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金及澳大利亚研究理事会（ARC）共同支持。

（来源：中国科学院电工研究所）