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2025年2月10日，弗吉尼亚理工大学林峰在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Thermal processing to modulate surface chemistry and bulk charge
distribution in nickel-rich layered lithium positive electrodes》的研究论文，孙华斌（1990年生，现任职于三峡大学）、Zhijie Yang（本科就读华南理工大学）为论文共同第一作者，林峰为论文通讯作者。

林峰，弗吉尼亚理工大学教授。2009年本科毕业于天津大学，2012年获得科罗拉多矿业大学博士学位，2013-2015年在劳伦斯伯克利国家实验室从事博士后研究。2016年加入弗吉尼亚理工大学，2024年晋升为教授。

林峰教授的研究领域包括1.电池、电化学催化和电致变色中的固液界面；2.电池材料的相变、晶体缺陷、电荷分布和化学机械性能；3.电池材料中的表面至本体电化学；4.适用于锂和钠金属电池的稳定、高容量负极；5.连续可调的金属氧化物负载纳米催化剂；6.固态电池。

在这里，作者展示了使用淬火热处理来调节锂分布和调制粒子表面附近电子结构的能力。由此产生的材料表现出与电解液较少的副反应，并且在次级粒子中的电荷分布更加均匀，从而在高电压（4.5 V vs Li/Li⁺）下具有更稳定的循环性能。

同步辐射X射线分析揭示了正极材料粒子中表面结构与体相电荷分布之间的相互作用。尽管通过成分控制、表面修饰和电解液工程来稳定正极材料的策略已经成熟，但热处理在进一步改进正极材料制备方面仍有优势。

图1：表面结构和化学性质的演变

图2：体相结构和化学性质

图3：电化学循环性能

图4：表面化学和结构演变

图5：体相化学和结构演变

综上，本文研究了通过淬火热处理调控镍钴锰酸锂（NMC）正极材料的表面化学和体相电荷分布，以提高其在高电压下的循环稳定性。研究团队通过同步辐射X射线分析等技术揭示了表面结构与体相电荷分布之间的相互作用机制。

研究发现，淬火热处理能够使锂离子从NMC晶体内部扩散到表面，形成富含锂的碳酸盐层，并降低表面过渡金属的氧化态，从而减少与电解液的副反应。同时，淬火处理后的材料在高电压（4.5 V）循环过程中表现出更均匀的电荷分布和更高的容量保持率（300次循环后容量保持率达90%），显著优于常规缓冷处理的材料（72%）。

该研究不仅提出了一种通过热处理调控正极材料表面和体相结构的新方法，还深入揭示了表面化学与体相电荷分布之间的相互作用机制，为高性能锂离子电池正极材料的设计提供了新的理论依据。

该研究成果有望推动高镍含量NMC正极材料在高能量密度锂离子电池中的应用，特别是在电动汽车和储能系统等领域，有助于提高电池的循环寿命和安全性，降低制备成本。此外，淬火技术作为一种高效、节能的热处理方法，具有良好的工业化应用潜力，可与其他材料改性策略（如掺杂、涂层）结合，进一步提升电池性能。

Sun, H., Yang, Z., Ghosh, R.et al. Thermal
processing to modulate surface chemistry and bulk charge distribution in
nickel-rich layered lithium positive electrodes. Nat Commun 16,
1478 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56075-7

文章来源：科研圈（公众号）