「国家杰青」马衍伟领衔！中科院电工所王凯/RMIT马天翼Nature子刊丨P-N键工程突破氧化还原壁垒实现快充黑磷负极！

本研究聚焦于黑磷（BP）负极在锂离子电池中面临的本征电导率低、体积膨胀大以及多相磷氧化还原反应动力学缓慢等挑战，旨在通过晶格P-N键工程突破反应壁垒，实现高能量密度与超快充性能的统一。研究背景在于传统石墨负极容量有限，而新型高容量材料如BP虽潜力巨大，但其实际应用受限于缓慢的多相转化反应。研究目的为通过在BP晶格中引入P-N桥键，调控电子结构并催化P-P键活化，以降低锂离子扩散能垒和反应活化能，同时利用碳基质中的氮位点锚定锂-磷中间产物，抑制溶解迁移。结论表明：P-N工程成功将BP从半导体转变为金属态，显著提升了电子电导率和离子传输速率；制得的N-BP/C复合负极在软包全电池中实现了282 Wh kg⁻¹的高能量密度，10分钟充电可达80%容量，并稳定循环数千次，展示出优异的快充性能和结构稳定性。该工作为设计高比能快充锂离子电池提供了有效的原子层面材料工程策略。