锂离子电池制造必备的化成工序长期采用0.2 C低倍率充放电工艺，耗时久、能耗高，约占电池总生产成本30%，但业内普遍认为慢速化成是构筑稳定电极-电解液界面、保障电芯长效循环的必要条件。富锂层状氧化物（LLOs）正极凭借阴阳离子协同氧化还原实现超高能量密度，是下一代动力电池核心候选材料，但首次充电至4.8 V高电压平台时会发生大量深度脱锂，本征脆弱的缺锂基质极易引发层滑移、过渡金属锂位混排与不可逆氧流失，造成容量衰减与电压压降。现有优化手段多聚焦材料掺杂、表面包覆等改性策略，仅改善颗粒表面稳定性，忽视首次化成脱锂程度对正极体相晶格演变的决定性作用，也未质疑传统慢速化成是否会加剧富锂正极结构破坏。
二、【创新成果】
基于此，厦门大学材料学院彭栋梁教授、谢清水教授联合美国西北大学李坚涛博士在Nature上发表了题为“Fast formation to reinforce lithium-rich cathodes”的论文，报道基于无钴LLO正极（Li1.2Mn0.6Ni0.2O2）的本征反应特性，提出一种高效快速化成策略，旨在解决富锂正极材料高容量与长循环性能难以兼顾的难题。同步辐射的多尺度表征技术表明，首次充电后残留的锂离子对后续结构演化和循环性能至关重要—深度锂脱嵌会导致严重的结构退化和容量损失，这归因于其本身脆弱的缺锂骨架。相比之下，采用高倍率（2 C）化成时，正极材料中残余锂离子通过“自钉扎效应”有效抑制了充电末期的结构畸变，同时快速化成诱导的反应异质性使得二次颗粒内部的结构演化呈现非均匀特征，从而降低了整体结构无序程度。将初始充电电流密度从0.2 C调整至2 C，可使可逆容量提高20%，200次循环后容量保持率高达98.4%，循环寿命延长超过36%。此外，该策略还具有广泛的适用性，可推广至不同组分的富锂正极材料，并适配多种电解液体系与不同负极材料（如石墨、钛酸锂、锂金属等），为富锂正极材料及其器件的实际应用提供了新思路。厦门大学材料学院2022级博士生范孟健和美国西北大学李坚涛博士为本文共同第一作者。
就在同一天，厦门大学孙世刚院士、廖洪钢教授团队联合华中科技大学黄云辉教授团队，在Nature上发表了题为“Revealing competitive interfacial reactions in high-energy Li-S batteries”的论文（详见材料人报道：厦门大学，今日Nature！），报道利用原位液相电子显微镜，直接观察了电极-电解液界面上浓度驱动的相分离，为推进锂-硫电池提供了设计策略。
三、【图文解析】
图1 化成倍率对电池生产和性能影响的总概 © 2026 Springer Nature
图2 首次充电过程中无钴LLO正极的结构演化与原子尺度观测 © 2026 Springer Nature
图3 首次充电过程中无钴LLO正极的Ni和Mn的化学相空间分布 © 2026 Springer Nature
图4 无钴LLO正极在化成后的结构转变可逆性 © 2026 Springer Nature
图5 无钴LLO正极在长循环过程中依赖于化成条件的结构演化与电化学行为 © 2026 Springer Nature
四、【科学启迪】
综上，本研究系统揭示了化成工艺对富锂层状氧化物正极材料结构与性能的决定性影响，颠覆了传统“慢速化成有益于电池长期稳定性”的认知。研究发现，传统低倍率化成导致深度脱锂，使晶格陷入极度缺锂的脆弱状态，引发不可逆的过渡金属迁移、氧流失及岩盐相形成，最终造成严重的结构退化和容量衰减。相比之下，高倍率快速化成因电化学极化在晶格中保留更多残余锂离子，通过“自钉扎效应”锚定层状骨架，抑制有害相变，同时诱导二次颗粒内部反应异质性，降低整体结构无序程度。实验表明，快速化成可将可逆容量提升20%，200次循环后容量保持率达98.4%，循环寿命延长超36%，并具有良好的普适性，适用于不同组分富锂正极、多种电解液及不同负极体系。本研究为解决下一代高能量密度锂离子电池应用中的关键挑战提供了可行路径。
原文详情：Fast formation to reinforce lithium-rich cathodes (Nature 2026, DOI: 10.1038/s41586-025-09553-3)
本文由大兵哥供稿。
