技术摘要厦门大学材料学院彭栋梁、谢清水团队联合美国西北大学李坚涛博士于2026年6月17日在Nature期刊发表论文Fast formation to reinforce lithium-rich cathodes【Fan, M., Li, J., Gao, G.et al.Fast formation to reinforce lithium-rich cathodes.Nature655, 116–124 (2026).】提出对无钴富锂锰基正极材料采用高速率化成2C倍率的创新策略在首圈化成阶段即实现比容量提升约20%、循环性能提升约36%的显著效果。机制层面残余锂离子的自钉扎效应有效抑制了化成过程中的结构劣化而快速化成诱导的低浓度结构缺陷降低了后续循环中的晶格应变累积。13天后的6月30日工信部装备工业一司汽车发展处处长马春生在中国汽车动力电池产业创新联盟2026年度论坛上明确表态加大富锂锰基正极、硅基负极、固态电解质等材料攻关重点突破全固态电池、高比能锂离子电池等关键技术。同一研究方向在如此短的时间窗口内实现了学术顶刊与国家政策的同时背书这在动力电池领域尚属罕见。本文结合论文数据与政策信号深度解析这一学术-产业交叉节点的技术含义与产业化前景。一、13 天从 Nature 论文到工信部定调2026年6月17日Nature期刊在线发表了厦门大学材料学院彭栋梁教授、谢清水团队与西北大学李坚涛博士的合作论文题为Fast formation to reinforce lithium-rich cathodes。这篇论文的核心贡献是针对无钴富锂锰基正极材料Li₂MnO₃·LiMO₂MNi、Co、Mn等过渡金属提出了一种高效快速化成策略以2C倍率进行首圈化成充电替代业界长期沿用的0.1~0.2C低速化工艺。论文发表仅13天后——2026年6月30日中国汽车动力电池产业创新联盟2026年度论坛在北京举行。工信部装备工业一司汽车发展处处长马春生在论坛上公开发言明确将富锂锰基正极、硅基负极、固态电解质列为国家层面重点攻关的三大关键材料并强调要重点突破全固态电池、高比能锂离子电池等关键技术。这一时间节点的意义值得深究。在动力电池领域从学术成果到政策确认通常存在数年乃至十年的时滞——基础研究的周期本身就长而政策制定又需要等待产业数据的充分积累。厦大团队的研究在顶刊发表后不到两周即获得工信部的直接点名至少传递了两层信息其一研究方向与国家战略需求高度吻合富锂锰基正极材料已经被纳入全固态电池和高比能锂离子电池的正极技术路线图其二工信部对富锂锰基正极材料的关注并非临时起意Nature论文的发表更像是一锤定音而非从零启动。从市场反应来看政策消息释放当日2026年6月30日A股固态电池板块整体走强单日涨幅约2%板块成交额突破1550亿元。这一数据来自当日收盘行情统计注参考值市场数据存在日内波动边界条件为A股主板收盘统计口径。市场对富锂锰基正极材料的关注热度可见一斑。二、化成工艺一个被长期忽视的制造环节在展开论文核心发现之前有必要先厘清一个对产业读者相对陌生、但对电池性能至关重要的制造工序——化成formation。2.1 什么是化成化成formation是锂离子电池在完成电极涂布、卷绕/叠片、注液、封装等前段工序之后对电池进行首次充放电的过程。这一步骤的目的是在电极表面构建稳定的固体电解质界面膜SEI膜Solid Electrolyte Interphase使电池内部的化学体系进入稳定、高效的工作状态。SEI膜的质量直接决定了电池的首次效率、循环寿命和倍率性能。传统观点认为化成过程应当采用低倍率通常为0.1C~0.2C即以1/10~1/5小时的时间完成一次完整充放电进行原因在于低速充放有助于SEI膜的缓慢、均匀生长减少因电流过大导致的电解液副反应和产气问题。这一认知在磷酸铁锂和三元锂离子电池领域已经被业界执行了二十年以上。2.2 富锂锰基正极的特殊挑战然而富锂锰基正极材料Li-rich Mn-based cathode存在独特的本征特性使其不能简单套用传统化成工艺。富锂锰基正极的晶体结构可视为Li₂MnO₃相与LiMO₂相的复合层状结构。在首圈充电至约4.5V以上时Li₂MnO₃相发生激活反应锂离子脱出晶格氧释放过渡金属离子迁移至锂层——这一过程贡献了高达250~300 mAh/g的放电比容量远超三元正极的180~200 mAh/g。但与此同时这一激活过程也会引发不可逆的结构变化电压衰减层状结构向尖晶石相的不可逆相变导致后续循环的电压平台持续下降晶格氧释放当充电截止电压超过4.6V时晶格氧的氧化还原反应加剧加速正极-电解液界面的副反应残余锂化合物富锂正极材料表面通常残留有Li₂CO₃、LiOH等含锂杂质这些物质在首圈会与电解液反应消耗活性锂并产生气体。上述特性使得富锂锰基正极的首圈化成成为决定其后续电化学性能的关键窗口。传统低速化成工艺虽然有利于SEI膜稳定构建但并不能有效应对富锂正极本身的结构劣化问题——甚至在长时间高电压暴露下可能加剧晶格氧的流失和相变的积累。三、厦大 Nature 论文快速化成的核心发现3.1 实验设计彭栋梁、谢清水团队的研究从无钴富锂锰基正极材料Co-free Li-rich cathode入手系统考察了不同化成倍率0.2C、0.5C、1C、2C、3C对正极材料首圈及后续长循环性能的影响。研究团队在组装扣式电池半电池配置后采用不同的电流倍率进行首圈充放电随后在相同条件下进行长循环测试。3.2 核心数据研究结果显示采用2C倍率进行高速化成时电池的综合性能显著优于传统0.2C工艺指标0.2C 传统工艺2C 快速工艺变化幅度首圈放电比容量参考基准同步提升约20%200圈循环后容量保持率参考基准同步提升约36%注表格数据基于论文中定性描述具体数值以原文为准。表格呈现为简化对比完整数据请参阅原文Fig. 2及Fig. 4。从现有公开信息来看这一提升幅度在富锂正极研究领域属于显著改善。要知道富锂锰基正极材料的循环衰减问题长期困扰学术界和产业界此前大量研究通过掺杂、表面包覆、电解液添加剂等手段所实现的循环寿命提升往往在10%~20%量级。2C快速化成在不对材料本体做任何改性的前提下仅通过调整首圈工艺参数就实现了超过30%的循环性能提升其工程意义不言而喻。3.3 表征手段支撑上述核心结论的是一套多尺度、高精度的先进表征体系高能同步辐射X射线散射HEPS-ID07PDF用于采集原子对分布函数追踪晶格结构的纳米级演化透射X射线显微镜与X射线吸收近边结构三维成像HEPS-ID30TXMXANES实现正极材料在充放电过程中的三维空间结构可视化直接观测锂离子分布和相变的空间分布特征北京同步辐射装置X射线吸收光谱BSRF-1W1BXAS分析过渡金属的价态变化和局部配位环境。这些表征手段的系统性组合使得研究团队能够从原子尺度PDF、纳米尺度TXM三维成像到电子结构尺度XAS全面解析快速化成的作用机制而非仅依赖电化学数据的表面观察。四、自钉扎效应机制拆解4.1 残余锂离子的双重角色传统认知中富锂正极材料表面的残余锂化合物如Li₂CO₃、LiOH被视为杂质是造成电极-电解液界面不稳定、导致产气和容量衰减的负面因素。然而彭栋梁团队的这项研究揭示了残余锂离子的一个此前未被充分认识的正向作用——自钉扎效应self-pinning effect。具体机制如下在采用2C高速率进行首圈充电时正极材料中的残余锂离子在电场驱动下快速脱出在晶格中形成高密度的锂离子空位。这些空位及其周围的局部电场畸变产生了类似钉扎点pinning sites的效果——它们像钉子一样将层状结构中的过渡金属离子固定在原有位置抑制其在首圈激活过程中的大规模迁移。这一效应的直接结果是尽管高速化成使电池在更短的时间内达到了更高的充电截止电压但过渡金属的迁移程度和晶格结构的无序化程度反而低于在相同截止电压下以0.2C慢速化成的对照组。4.2 低浓度结构缺陷的晶格应变调控快速化成的第二个作用机制涉及结构缺陷的量级控制。传统低速化成工艺下正极材料在较长时间内承受高电压应力电解液在正极表面的氧化分解更为充分由此产生的副反应产物在电极表面沉积形成的固体电解质界面层较厚且不均匀。更重要的是这种长时间的高电压暴露会在晶格中引入高密度的结构缺陷主要是氧空位和过渡金属空位这些缺陷在后续循环中会成为晶格应变累积的种子——每一次充放电循环应变在这些缺陷处逐步积累最终导致晶格骨架的疲劳失效。而2C快速化成由于在高电压区域的驻留时间极短晶格中引入的结构缺陷浓度显著降低。低浓度的缺陷分布使得后续充放电循环中晶格应变的累积速率大幅减缓从而在源头处延缓了材料的结构衰退。这两个机制——自钉扎效应抑制首圈结构损伤、低浓度缺陷降低应变累积速率——共同解释了为何快速化成能够在比容量和循环寿命两个维度同时实现提升。4.3 从自钉扎效应到材料设计的新思路自钉扎效应的发现为富锂正极材料的改性设计提供了新的分子层面思路。传统改性策略通常是在材料合成阶段引入掺杂元素如Mg、Al、Ti等来稳定晶格结构但这类策略往往面临掺杂元素分布均匀性差、工艺复杂、成本增加等问题。彭栋梁团队的研究提示可以充分利用材料本身残余锂的自修复潜力通过工艺优化而非材料改性的方式实现结构稳定。这一思路与当前学术界倡导的工艺驱动性能process-driven performance趋势高度一致。五、普适性验证不只是一种材料的故事一个重要的科学问题在于上述快速化成的性能提升是否仅限于特定的材料体系如果结论仅对某一特定成分的富锂正极有效其产业参考价值将大打折扣。研究团队对此进行了系统的普适性验证不同成分的富锂正极将快速化成策略推广至不同Li/Mn比例、不同过渡金属组成的富锂正极材料均观察到类似的性能改善趋势表明机制具有成分无关性不同电解液体系在常规碳酸酯电解液、含VC添加剂电解液、高浓度锂盐电解液等多种体系中验证了策略的有效性不同负极材料与石墨负极、钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂负极、锂金属负极搭配时快速化成策略均展现出正向效果。这一多维度的普适性验证是该工作被Nature接收的重要支撑之一。普适性意味着快速化成策略不依赖某一特定的材料配方或电解液体系具有直接向产业界推广的基础。六、政策与学术共振从偶然到必然6.1 为何是富锂锰基工信部在2026年6月30日的表态中将富锂锰基正极列为三大重点攻关材料之首这一排序并非随意为之。从材料本身来看富锂锰基正极具备两大核心优势能量密度优势。当前市场主流的三元正极材料NCM811比容量约为180~200 mAh/g磷酸铁锂约为140~160 mAh/g均已接近其理论极限分别约为200 mAh/g和170 mAh/g。富锂锰基正极的理论比容量可达300 mAh/g以上量产级比容量的目标值为260~320 mAh/g相比三元材料提升幅度超过30%。在电池包层面这意味着同等重量或同等体积下续航可提升30%~50%。资源安全优势。富锂锰基正极的核心过渡金属为锰镍、钴用量极低甚至可实现无钴化而我国锰矿储量约占全球的24%资源自主可控。相比之下传统三元材料对镍、钴的依赖度极高而我国镍、钴资源对外依存度均超过90%长期面临上游供应链的地缘政治风险。6.2 政策窗口的形成逻辑工信部将富锂锰基正极纳入国家级攻关序列并非单纯响应厦大一篇Nature论文而是多重因素叠加的必然结果材料体系瓶颈已至临界点。2025年以来主流磷酸铁锂和三元锂离子电池的能量密度提升速度明显放缓行业进入性能 plateau阶段。2026年上半年多家电池企业披露的能量密度数据表明在现有材料和化学体系框架内继续提升的空间已经十分有限。固态电池战略的技术路线需要。全固态电池的研发需要在正极、负极、电解质三个方向同时突破。正极方面富锂锰基正极的高容量特性与固态电解质的宽电压窗口形成天然匹配——富锂正极可以在4.6V以上的高电压区间稳定运行而固态电解质恰好能够承受这一电压范围避免了液态电解液在高电压下的氧化分解问题。顶层政策框架的集中落地。2026年2月工信部等八部门联合印发《新型储能制造业高质量发展行动方案》明确将固态电池列为重点技术攻关方向2026年5月《2026年汽车标准化工作要点》将车用固态电池标准体系研究纳入十五五规划2026年7月1日GB/T 43568-2026《电动汽车用固态电池 第1部分术语和分类》正式实施首次以国家标准形式明确了液态电池、混合固液电池、固态电池的分类标准。在这一完整的政策框架下富锂锰基正极被定位为全固态电池和高比能锂离子电池的正极技术方向获得了明确的政策锚定。6.3 13天时间差的深层含义厦大Nature论文2026年6月17日与工信部政策表态2026年6月30日之间13天的时间差折射出一个值得关注的趋势学术前沿与产业政策之间的时间窗口正在显著缩短。过去动力电池领域从学术成果到产业化确认通常需要5~10年。学者在实验室发现新现象→验证机理→发表论文→产业界关注→企业评估→产线改造→产品上市整个链条冗长且信息损耗严重。而此次案例中Nature论文发表后不到两周即获得工信部的公开背书说明以下两种可能性至少居其一其一工信部在论文发表之前已经通过其他渠道预印本、科研项目汇报等关注到了这一研究方向Nature发表只是官宣而非获悉其二工信部建立了更高效的学术-政策信息传递机制能够在学术顶刊发表后快速评估其产业相关性。无论哪种情况这一时间窗口的缩短对科研工作者和产业界都具有重要启示学术研究与政策制定之间的协同效应正在增强研究方向的前瞻性布局比以往更为关键。七、从化成到量产还有多远的路7.1 快速化成的产业化可行性从技术成熟度TRLTechnology Readiness Level的角度评估快速化成策略目前处于TRL 4~5区间——即在实验室环境扣式电池中完成了原理验证但向软包/方形电池和大规模产线的跨越仍需解决以下工程问题充放电设备的电流能力。2C以上的化成倍率要求化成设备能够提供更大的瞬时电流这对电源拓扑和线缆设计提出了更高要求。目前国内主流电池企业的化成设备普遍支持0.1C~1C的充放电倍率2C以上设备的成熟度和成本需要进一步评估。产热与热管理。高速充放电过程产生的焦耳热Joule heating显著增加。富锂正极材料在高电压下的热稳定性本就是安全考量之一快速化成过程中如何设计有效的热管理方案是工程化必须解决的问题。化成时间的绝对收益。论文报道的提升效果建立在2C vs. 0.2C的对比上。以一个50Ah的电芯为例0.2C化成需要5小时完成首圈充放电而2C化成的理论时间约为0.5小时加上化成后处理工序总时间节省约3~5小时。对于日产10万只电芯的大型产线这一时间节省带来的产能增益和能耗降低具有可观的经济价值。7.2 富锂锰基正极的整体产业化进度将快速化成策略放在富锂锰基正极的整体产业化背景下观察可以更准确地评估其产业坐标。截至2026年第二季度国内富锂锰基正极材料的市场规模约为112亿元参考值基于行业机构统计数据市场规模统计口径可能因样本范围不同存在差异。容百科技、当升科技、厦钨新能等头部正极材料企业均已建成或在建千吨至万吨级中试产线。富锂锰基正极目前主要以与三元材料复配的形式在中高端车型上小批量应用纯富锂锰基正极的量产仍处于工艺验证阶段。在固态电池方向富锂锰基正极被视为与硫化物/氧化物固态电解质搭配的高电压正极候选材料。2026年7月1日实施的GB/T 43568-2026国家标准以液态电解液含量为核心判据将动力电池严格划分为液态电池20%、混合固液电池5%~20%即半固态和固态电池5%。该标准明确规定电解液含量低于5%且通过120℃真空烘烤6小时、失重率不超过0.5%测试的产品方可称为固态电池。从这一标准来看富锂锰基正极在混合固液电池5%~20%电解液含量区间的应用预计将早于在全固态电池中的应用而后者的量产时间表普遍被业界置于2027年甚至更晚。宁德时代董事长曾毓群在2026年6月大连夏季达沃斯论坛期间公开表示以装车规模达到百万辆作为大规模商业化标准2030年前实现的可能性较小并给出了行业整体技术成熟度4分满分9分的评估。7.3 清华团队的互补成果高压电解液在富锂锰基正极相关研究领域同期发表的另一项重要工作是清华大学化工系张强教授、赵辰孜团队在Nature Chemistry2026年5月26日发表的论文Blocking oxidation of α-hydrogens enables non-fluorinated solvents to achieve high-potential stability in lithium batteriesHuang, YX., Yang, Y., Zhao, CZ.et al.Nat. Chem.(2026)。该工作提出消除α-氢分子设计策略开发出一种非氟化高压稳定溶剂MTMA三甲基乙酸甲酯氧化稳定窗口高达5.6Vvs. Li/Li⁺使用MTMA电解液的7.2Ah软包电池最大比能量达到652.4 Wh/kg。这项工作与厦大快速化成研究形成互补厦大解决了富锂正极首圈结构劣化的工艺问题清华则解决了富锂正极高电压运行时电解液氧化分解的化学问题。两者共同指向的结论是富锂锰基正极的高比能潜力需要配套的工艺策略化成和化学策略电解液双管齐下方能充分释放。八、结语厦大Nature论文与工信部政策表态的13天时间差构成了2026年夏天动力电池领域最具观察价值的学术-产业共振事件。从学术层面看快速化成策略的提出为解决富锂锰基正极高容量-长循环不可兼顾的固有矛盾提供了新的工艺路径且自钉扎效应的机制揭示具有较高的理论价值。从产业层面看工信部的政策定调为富锂锰基正极的后续研发和产业化提供了明确的政策预期但从实验室成果到GWh级量产产线之间仍需跨越工程化验证、产能建设、成本下降等多重门槛。值得特别说明的是本文所引用的市场规模数据如112亿元、股价表现数据如板块涨2%均为参考值存在统计口径差异和时效性问题具体决策请以一手权威数据为准。学术结论与产业应用之间存在固有边界本文旨在提供分析框架和信息梳理不构成任何投资或技术决策建议。FAQ常见问题解答Q1富锂锰基正极和当前电动车常用的三元正极、磷酸铁锂正极有何本质区别A1三者均属于锂离子电池层状正极材料体系但化学组成和理论容量存在显著差异。磷酸铁锂LiFePO₄工作电压约3.4V理论比容量约170 mAh/g安全性好但能量密度相对较低。三元正极LiNiₓCo_yMn_zO₂NCM工作电压约3.7V理论比容量约200 mAh/g能量密度较高但依赖镍、钴等稀有金属。富锂锰基正极xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂工作电压可达4.6V以上理论比容量超过300 mAh/g能量密度比三元材料高约50%且可大幅减少镍、钴用量。代价是循环过程中的电压衰减和高电压下的晶格氧析出问题目前尚未完全解决。Q2厦大Nature论文中提到的快速化成与传统化成在工厂里分别意味着什么A2传统化成0.1C~0.2C以极慢的速度完成首圈充放电电芯在化成设备中的静置和充放时间合计通常为12~24小时。快速化成2C将这一时间缩短至约1小时以内。对于一条日产10万只电芯的产线化成工序的时间缩短可释放可观的产能空间同时降低设备能耗和占地成本。但2C以上的化成倍率对电源设备、热管理系统的要求更高需要产线进行相应的设备升级改造。Q3工信部将富锂锰基正极列为重点攻关方向对普通消费者意味着什么A3短期内2026~2027年富锂锰基正极预计仍将以混合固液电池正极的形式小批量应用于中高端新能源车型其能量密度优势可带来约100~200公里的额外续航提升。更长远来看若富锂锰基正极在全固态电池体系中实现稳定应用新能源汽车的续航里程有望突破800公里乃至1000公里同时安全性固态电解质本征不可燃和低温性能也将得到改善。消费者在选购时可根据国标GB/T 43568-2026的分类标准区分所购车型搭载的是液态电池、混合固液电池还是固态电池。Q4厦大的快速化成策略能否直接应用于现有电池产线A4存在一定的产线适配工作量但门槛低于材料体系的全面替换。快速化成策略不改变正极材料的合成工艺只需要在化成工序调整充放电电流曲线和工艺参数。主要工程化挑战包括①化成电源设备需要支持2C以上的大电流输出②高速充放电产生的热量需要通过热管理系统及时导出③化成后电芯的检测标准和品控流程需要重新制定。现有三元锂和磷酸铁锂电池产线的化成工序通常预留有一定的倍率扩展空间部分产线可直接通过工艺参数调整实现快速化成的验证试验。Q5清华Nature Chemistry的MTMA电解液和厦大的快速化成策略两者是什么关系A5两者是针对富锂锰基正极不同技术痛点的互补性解决方案。厦大策略解决的是首圈化成的结构劣化问题——通过自钉扎效应和低浓度缺陷调控减缓首圈激活过程中的晶格损伤。清华MTMA电解液解决的是高电压运行环境下的电解液氧化分解问题——通过消除羧酸酯分子中的α-氢使电解液在5.6V的高电压下仍能保持稳定。两者叠加使用有望从工艺和化学两个维度同时提升富锂锰基正极的综合性能对全固态电池的高电压正极设计具有重要参考价值。本文内容基于公开学术论文、官方政策文件和行业媒体报道整理分析不构成任何形式的投资建议、技术决策依据或安全评估标准。文中涉及的市场数据、股价表现、技术成熟度判断等信息均为参考值存在时效性和统计口径差异具体应用请以一手权威数据为准。作者不对因使用本文信息而产生的任何直接或间接损失承担责任。