在新能源浪潮奔涌的当下，无钴、高能量密度、长循环寿命的锂离子电池正极材料，是破解资源瓶颈、实现绿色储能的核心密码。清华大学与麻省理工学院联合团队，凭倞�/span>高能行星式球磨技�?/span>，突破传统高温合成的技术壁垒，成功制备出氟化岩�?聚阴离子（DRXPS）新型正极材料，为下一代可持续锂电池产业化开辟全新方向、�/span>

一、研究背景：传统合成的“致命短板“�/span>

传统锂电正极合成高度依赖高温烧结工艺�?00�?000℃），不仅能耗高、碳排放量大，更存在三大核心难题９�/span>

1. 氟元素难固溶：氟掺杂是提升正极稳定性的关键，但高温下氟极易挥发�?span class="" link-id="link-1779259584263-0.8093745655320288">固溶�?/span>极低，难以实现均匀掺杂：�/span>
2. 元素易偏析：高温易导致金属离子团聚，造成成分不均，直接影响电池循环稳定性；
3. 晶粒易粗化：高温会加速晶粒长大，导致颗粒尺寸不均，降低离子传导效率，限制倍率性能、�/span>

这些痛点，长期制约着高性能无钴正极的研发与落地。耋�span textstyle="" style="font-weight: bold; visibility: visible;">高能球磨技�?/span>，成为破解困局的“关键钥匙”、�/span>

二、球磨赋能：一场常温下的“材料重构革命“�/span>

研究团队采用Fritsch行星式球磨机P-7 加强垊�/span>，以“一锅法低温机械化学合成”替代传统高温工艺，全程无额外加热、仅靠机械力驱动，完成材料合成全流程，核心优势一目了然：

Fritsch 行星式球磨机 P-7 加强垊�/p>

1.低温“锁氟”，实现均匀掺杂

氟是稳定正极氧骨架、抑制氧析出的核心元素，但高温下极易流失。球磨全稊�/span>常温环境，完美规避氟挥发问题；同时，800 rpm高转�?1:20精准球料�?5小时可控研磨，通过机械撞击、剪切产生的强物理力，打破原料晶格，让F⁻均匀嵌入岩盐晶格，实�?/span>原子级均匀掺杂，为材料稳定性奠定基础、�/span>

2.机械力“控晶”，精准调控晶体结构

传统高温易生戏�span class="" link-id="link-1779259584241-0.7922328664847571">无序岩盐盷�/span>，循环稳定性差；而球磨的机械活化效应，能精准引导阳离子排布：P⁵⁺（小离子半径）优先占据四面体空位，诱导生戏�/span>有序尖晶石相；对比Nb⁵⁺掺杂体系（高温易形成无序岩盐、循环差），P⁵⁺+F⁻协同，让材料兼其�/span>三维离子通道不�/span>强P-O共价�?/span>，兼顾高倍率与长循环、�/span>

氟化岩盐正极设计９�/span>P⁵⁺vs Nb⁵⁺的关键差弁�/span>

尅�/span>P⁵⁺�?/span>Nb⁵⁺两种高价阳离子，引入缺阳离子型无序岩盐（DRX（�/span>LiMnO₁�/span>基体；同时用F⁺�/span>部分取代晶格O²⁺�/span>，构建两类氟化改性正极：

• DRXPS-P-F９�/span>P⁵⁺掺杂氟化岩盐正极

• DRX-Nb-F９�/span>Nb⁵⁺掺杂氟化岩盐正极

核心结构差异＇�/span>XRD图谱佐证（�/span>

• DRXPS-P-F（左上�/span>XRD（�/span>：呈纯尖晶石盷�/span>，特征峰对应(111)/(311)/(400)晶面＋�/span>P⁵⁺诱导有序尖晶石结枃�/span>，为Li⁹�/span>提供三维快速扩散通道、�/span>

• DRX-Nb-F（右上�/span>XRD（�/span>：呈无序岩盐盷�/span>，特征峰对应(111)/(200)/(220)晶面＋�/span>Nb⁵⁺倾向无序排布，离子扩散阻力大、�/span>

3.纳米级均匀颗粒，性能拉满

球磨机械力可将原料细化至100�?00 nm，一次晶粒更是小�?0 nm，且Li、Mn、P、F元素全域均匀分布，无团聚、无偏析。这种纳米级均匀结构，让Li⁺扩散速率提升10倍，1000 mA/g高倍率下容量保持率�?4%�?00次循环后容量保持�?4%、电压保持率98%，远超传统高温材料、�/span>

形貌表征结果清晰揭示了两种氟化岩盐正极的微观差异９�/span>

• DRXPS-P-F＇�/span>P⁵⁺体系＋�/span>A/B/C（�/span>

• SEM＇�/span>A（�/span>：颗粒均匀、粒径约100�?00 nm，轻微团聚，整体分散性好、�/span>

• STEM-EDS＇�/span>B（�/span>９�/span>Li�?/span>Mn�?/span>P�?/span>F四种元素高度均匀分布，无局部富集或偏析，说明球磨实现了原子级混合、�/span>

• HRTEM+SAED＇�/span>C（�/span>：清晰晶格条纹，对应尖晶石结构；选区衍射呈规则点阵，结晶度高、结构有庎�/span>、�/span>

• DRX-Nb-F＇�/span>Nb⁵⁺体系＋�/span>D/E/F（�/span>

• SEM＇�/span>D（�/span>：颗粒形貌与P体系相近，但团聚略多、�/span>

• STEM-EDS＇�/span>E（�/span>：元素整体均匀，但局部微区有轻微偏析趋势、�/span>

HRTEM+SAED＇�/span>F（�/span>：晶格条纹较模糊，衍射环弥散＋�/span>结晶度偏低、结构无庎�/span>，与XRD结果一至�/span>

�?/span>1.5�?.8 V�?/span>50 mA/g条件下的长循环测试，两种材料表现天差地别９�/span>

(A)容量与电压保持率

• DRXPS-P-F＇�/span>P体系（�/span>９�/span>200次循环后容量保持玆�/span>84%、电压保持率98%，衰减极慢，稳定性极强、�/span>

• DRX-Nb-F＇�/span>Nb体系）：仄�/span>150次循环，容量掉到52%、电压掉�?/span>84%，衰减严重、�/span>

(B)循环电压曲线

• DRXPS-P-F９�/span>5�?5�?00�?00次循环，电压平台几乎不变、曲线重叠度髗�/span>，结构非常稳定、�/span>

• DRX-Nb-F：循环次数增加，电压明显下滑、平台逐渐消失，结构不断劣化、�/span>

P⁵⁺+F⁺�/span>协同能牢牢锁住晶格氧、抑制气体析凹�/span>；耋�/span>Nb体系氧流失严重、结构崩塌。这就是P体系超长循环�?/span>Nb体系快速衰减的根本原因、�/span>

4.绿色低碳，适配产业化需汁�/span>

全程常温研磨、无高温能耗、无有害气体排放，工艺简单、成本可控；仅需5克小批量即可精准合成，放大至公斤级时＋�/span>研磨参数可直接平秺�/span>，大幅降低产业化门槛，完美契合“双碳”目标下绿色制造需求、�/span>

三、硬核成果：球磨合成材料，性能实现双重突破

DRXPS‑P‑F结构演变与氧化还原机刵�/span>

首圈充放电过程，清晰揭示了锰＇�/span>Mn）和氧（O）的分工，是材料稳定的核心、�/span>

(A)首次循环电压曲线

• 1.5�?.5 V９�/span>锰（Mn）氧化还厞�/span>主导（蓝色区（�/span>

• 3.5�?.8 V９�/span>氧（O）氧化还厞�/span>主导（橙色区（�/span>

• 彩色点：对应取样电压，用于拉曼�?/span>X射线吸收等原位表�?/span>

(B)非原位拉曼光谰�/span>

• MnO₅�/span>�?/span>：随充放电明显偏移，证明Mn价态可逆变匕�/span>

• PO₃�/span>�?/span>：几乎不动，说明P‑O骨架高度稳定，牢牢锁住晶格氧

(C) Mn K-edgeXANES

• 充电 �?.5 V ９�/span>Mn�?/span>+4件�/span>为主
• 放电；�/span>3.5 V：转丹�/span>+3件�/span>＋�/span>Mn³⁹�/span>/Mn⁴⁺可逆氧化还厞�/span>

(D) Mn L-edgesXAS

• 不�/span>XANES一致：低电压出�?/span>Mn³⁹�/span>信号，高电压回到Mn⁴⁺
• 全程 氧参与氧化还厞�/span> ，但 PO ₃�/span>骨架抑制氧流夰�/span>

依托球磨技术的精准调控，团队研发的Li₃Mn�?₆P₀.₄O�?₄F₀.₆（DRXPS-P-F（�/span>正极，实现三大硬核突破：

- 结构稳定：强P-O键牢牢锁住晶格氧�?.8 V高电压下氧析出量大幅降低�?00次循环后仍保持尖晶石有序结构：�/span>

-性能优异：首圈放电容�?66 mAh/g、能量密�?19 Wh/kg，兼顾高能量密度与高稳定性；

-无钴环保：完全摒 异�/span>稀缺钴�?span class="" link-id="link-1779259584263-0.9820318214007708">镍元紟�/span>，以锰、磷、氟等丰产元素为原料，兼顾资源可持续性与成本优势、�/span>

对比传统高温合成的Nb掺杂材料，球磨制备的DRXPS-P-F�?/span>循环稳定性、倍率性能、热稳定�?/span>上全面领先，充分印证了球磨技术在新型正极合成中的不可替代价倻�/span>、�/span>

四、未来可期：球磨技术，撬动锂电产业新变�?/span>

从实验室突破到产业化落地＋�/span>高能球磨技�?/span>为锂电正极合成提供了“低温、绿色、高效、可控”的全新路径９�/span>

- 工艺简单易复制，可快速适配规模化生产；

- 为更多无钴、高熵、复合正极材料提供合成思路，拓展锂电材料创新边界、�/span>

可以说，小小的球磨机，正在撬动锂电产业的绿色变革。它不仅破解了传统合成的核心痛点，更让无钴高性能正极从“实验室理想”走向“产业化现实”，为新能源汽车、储能电站等领域提供更安全、更环保、更经济的电池解决方案，助力全球能源转型与可持续发展、�/span>