原文發(fā)表于《科技導(dǎo)報(bào)》2026 年第2 期 《 2025年鋰電池?zé)狳c(diǎn)回眸 》

鋰電池性能的持續(xù)突破對(duì)推動(dòng)新能源交通、智能電網(wǎng)及極端環(huán)境裝備的發(fā)展有重要意義。《科技導(dǎo)報(bào)》邀請(qǐng)南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院程方益教授團(tuán)隊(duì)、天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳彪副教授、北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院宮勇吉教授團(tuán)隊(duì)撰寫文章，系統(tǒng)梳理了2025年鋰電池在5大關(guān)鍵方向的研究進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn)和“雙碳”目標(biāo)的深入實(shí)施，鋰電池作為高效、清潔的能量轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存載體，在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車（EV）、規(guī)模儲(chǔ)能、航空航天等領(lǐng)域展現(xiàn)出不可替代的作用，市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。然而，隨著應(yīng)用場(chǎng)景的拓寬，鋰電池在能量密度、循環(huán)壽命、極端環(huán)境適應(yīng)性及安全性等方面迎來(lái)更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。廢舊電池退役高峰的到來(lái)進(jìn)一步凸顯了資源回收與循環(huán)利用的緊迫性。2025年，隨著材料科學(xué)、界面電化學(xué)、人工智能（AI）與工程技術(shù)的深度融合，鋰電池研究迎來(lái)了系列進(jìn)展。

我們圍繞能量密度、循環(huán)壽命、溫域拓展、安全性及回收再利用5大重點(diǎn)、熱點(diǎn)方向，系統(tǒng)綜述2025年的研究成果，旨在分析鋰電池領(lǐng)域的前沿科學(xué)問(wèn)題及其解決方法策略，展望未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

1 鋰電池能量密度提升

1.1 電極材料容量突破

為滿足EV、規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域?qū)ΩL(zhǎng)續(xù)航與更小體積儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心需求，持續(xù)提升能量密度是鋰電池技術(shù)發(fā)展的首要目標(biāo)。電池能量密度提升本質(zhì)依賴于材料容量的突破，圖1對(duì)比了不同正極材料的性能指標(biāo)，其中高鎳三元正極與富鋰錳基正極被認(rèn)為是最具潛力的2大路線。

圖1 鋰電池常見正極材料性能對(duì)比

針對(duì)高鎳材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與界面兼容性問(wèn)題，包覆與摻雜作為經(jīng)典改性路徑仍展現(xiàn)出顯著成效。Yu等提出B預(yù)摻雜與Li2SiO3表面包覆的協(xié)同改性策略，B以可逆轉(zhuǎn)變的三配位（BO3）和四配位（BO4）構(gòu)型摻雜進(jìn)入晶格。同時(shí)，B摻雜調(diào)控一次顆粒形成細(xì)長(zhǎng)形貌與徑向排列，緩解了循環(huán)應(yīng)變，而Li2SiO3包覆層則顯著降低了界面副反應(yīng)。

除外源性的摻雜包覆協(xié)同調(diào)控，本征結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為另一核心路徑，為提升高鎳材料綜合性能提供全新視角。Sun等提出了一種基于原位晶體生長(zhǎng)與多重?zé)Y(jié)調(diào)控的本征結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略，成功制備出具有內(nèi)部間隙結(jié)構(gòu)和表面巖鹽相的超高鎳正極材料G?Ni91(LiNi0.91Co0.045Mn0.045O2)。該材料獨(dú)特的間隙結(jié)構(gòu)與細(xì)小的初級(jí)顆粒顯著縮短了鋰離子擴(kuò)散路徑并降低了傳輸阻力；同時(shí)，其表面原位形成的巖鹽相有效抑制了高電壓下的有害相變與界面副反應(yīng)。

首次充放電過(guò)程中發(fā)生不可逆的活性鋰損失（LLI）是高鎳材料另一痛點(diǎn)，導(dǎo)致其可逆容量顯著低于理論容量。Kang等提出通過(guò)將LiNiO2與LiFePO4混合構(gòu)建復(fù)合電極，利用二者在放電末期存在的電化學(xué)勢(shì)差，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部鋰離子自發(fā)從LiFePO4轉(zhuǎn)移至缺鋰的Li1?xNiO2。

針對(duì)富鋰錳基正極材料在陰離子氧化還原過(guò)程中可逆鋰離子脫嵌量低的問(wèn)題，Liu等提出了一種“動(dòng)力學(xué)激活”策略，最終材料實(shí)現(xiàn)了348 mA·h/g的高放電容量，鋰離子利用率超過(guò)1.1化學(xué)計(jì)量單位，達(dá)到理論容量的92%以上。Li等合成出側(cè)面暴露大量鋰離子快速傳輸通道{010}晶面的“微磚”狀初級(jí)Li1.2Ni0.2Mn0.6O2顆粒，該材料實(shí)現(xiàn)了264.4 mA·h/g高比容量與3431.0 W·h/L的超高體積能量密度。Yang等提出了一種山梨酸輔助界面工程，通過(guò)一步法在材料表面構(gòu)建了兼具層狀?尖晶石異質(zhì)結(jié)構(gòu)與氧空位的多功能界面層。該界面層不僅能提供三維鋰離子擴(kuò)散通道、降低鋰離子遷移能壘，還能提高晶格氧的氧化還原可逆性、抑制氧釋放與不利相變。

高鎳三元與富鋰錳基路線之外，Park等開發(fā)了新型富錳“準(zhǔn)有序”正極QO?NCM45，這種本征的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，使其在4.6 V高電壓下循環(huán)時(shí)有效改善傳統(tǒng)高鎳材料常見的晶格塌陷與微裂紋問(wèn)題，同時(shí)兼具低成本、高熱穩(wěn)定性和高可逆容量的綜合優(yōu)勢(shì)。

1.2 高壓電解質(zhì)匹配

實(shí)現(xiàn)高能量密度不僅需要高容量的電極，還依賴于正極材料的高電壓運(yùn)行。目前，提升電解質(zhì)高壓性能的策略可主要?dú)w納為3類：一是溶劑化結(jié)構(gòu)工程；二是分子改性與成膜添加劑；三是采用具備寬電化學(xué)窗口的固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)。

在溶劑化結(jié)構(gòu)工程方面，Han等設(shè)計(jì)了一種離子液體（Pyr13TFSI）調(diào)控的局部高濃度電解液。該策略有效減少了高電壓下具有反應(yīng)活性的游離溶劑分子，從而促進(jìn)了富含無(wú)機(jī)物、穩(wěn)定性更高的CEI與固體電解質(zhì)界面（SEI）的形成。

在成膜添加劑方面，Ji等制備了由分散在連續(xù)碳酸鹽電解質(zhì)中的超細(xì)不溶液滴（50~120 nm）組成的微乳液電解質(zhì)，能夠同時(shí)調(diào)節(jié)SEI和CEI，增強(qiáng)負(fù)極和正極界面的穩(wěn)定性。

在界面保護(hù)策略層面，Son等報(bào)道了一種突破性的氟化物固體電解質(zhì)LiCl–4Li2TiF6，其具備30℃下1.7×10?5 S/cm 高離子電導(dǎo)率與超高電壓穩(wěn)定性（>5 V）。

2 鋰電池循環(huán)壽命延長(zhǎng)

鋰電池的循環(huán)壽命是決定其全周期成本與可靠性的關(guān)鍵。鋰電池壽命衰減主要涉及2大機(jī)制：一是LLI，二是正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)的劣化（LAM），這些機(jī)制交織形成容量持續(xù)衰退的復(fù)雜演化過(guò)程，理解并應(yīng)對(duì)這些機(jī)制是壽命提升工程研究的關(guān)鍵。

2.1 結(jié)構(gòu)賦能：材料設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)根源性抗衰

材料結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)成為從根源上提升穩(wěn)定性的首要突破方向。在正極材料方面，單晶結(jié)構(gòu)與高熵構(gòu)型是提升循環(huán)穩(wěn)定性的重要途徑。Zeng等提出了一種通過(guò)梯度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升單晶高鎳層狀氧化物（LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2）在鋰電池中機(jī)械化學(xué)穩(wěn)定性的策略。這種結(jié)構(gòu)有效抑制了高電壓下O 2p與Ni 3d能帶重疊，減少了晶格氧析出，增強(qiáng)了陰離子骨架穩(wěn)定性。

Zhang等則通過(guò)B和Nb的協(xié)同摻雜在單晶超高鎳LiNi0.92Co0.03Mn0.05O2正極中構(gòu)建晶格內(nèi)鍵合相（IBP），成功解決了單晶材料中鋰離子擴(kuò)散路徑長(zhǎng)、反應(yīng)不均勻和晶格應(yīng)變累積的問(wèn)題，還顯著提升了離子遷移速率，并有效抑制了H2?H3相變過(guò)程中的晶格畸變與氧流失，實(shí)現(xiàn)了高度均勻的電化學(xué)反應(yīng)（圖2）。

圖2 單晶正極材料晶格內(nèi)鍵合相結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

富鋰錳基正極存在晶格氧易析出、R?3m與C2/m兩相間應(yīng)力導(dǎo)致的顆粒開裂等固有缺陷，使其難以兼顧長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性，僅靠表面修飾難以根治這些深層問(wèn)題。對(duì)此，Hu等提出“內(nèi)部晶格構(gòu)型+微觀結(jié)構(gòu)”的協(xié)同優(yōu)化策略，并設(shè)計(jì)了一次顆粒徑向排列的微觀結(jié)構(gòu)。該構(gòu)型有效抑制了高電壓下晶格氧的不可逆析出，同時(shí)徑向結(jié)構(gòu)緩解了R?3m與C2/m兩相間的晶胞體積差異應(yīng)力。

這種“結(jié)構(gòu)適配性能”的設(shè)計(jì)思路進(jìn)一步延伸至全固態(tài)電池領(lǐng)域，即針對(duì)固態(tài)體系中電極與電解質(zhì)界面接觸易失效、應(yīng)力累積明顯的痛點(diǎn)，Park等構(gòu)建了兼具表面B包覆與Nb摻雜誘導(dǎo)柱狀結(jié)構(gòu)的系列高鎳正極材料。

正極材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化為壽命提升奠定了基礎(chǔ)，而負(fù)極尤其是鋰金屬負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)與死鋰問(wèn)題，仍是制約長(zhǎng)循環(huán)的關(guān)鍵瓶頸，針對(duì)這一痛點(diǎn)，歐陽(yáng)明高院士團(tuán)隊(duì)提出了電場(chǎng)弛豫的鋰枝晶調(diào)控策略。該策略在商用電池中實(shí)現(xiàn)了100次快充循環(huán)后容量保持率從80%提升至95%，且調(diào)控時(shí)間比現(xiàn)行方法縮短80%。

2.2 界面適配：創(chuàng)新電解質(zhì)體系支撐長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性

材料本征穩(wěn)定性的提升需要界面環(huán)境的協(xié)同適配，電解質(zhì)作為離子傳輸?shù)拿浇?，其化學(xué)設(shè)計(jì)直接影響界面反應(yīng)與SEI/CEI膜的穩(wěn)定性。

Sun等提出一種“溶劑中繼”電解質(zhì)策略，在高溫下誘導(dǎo)離子解離，從而顯著地提升了熱穩(wěn)定性。歐陽(yáng)明高團(tuán)隊(duì)提出無(wú)碳酸乙烯酯（EC）電解質(zhì)體系，使鋰離子優(yōu)先與陰離子配位，通過(guò)提高最低黏分子軌道（LUMO）能級(jí)，降低溶劑還原副反應(yīng)。Huang等設(shè)計(jì)了一種由強(qiáng)溶劑化聚醚和弱溶劑化氟烴懸浮物組成的含氟聚醚基聚合物電解質(zhì)，形成富含陰離子的溶劑化結(jié)構(gòu)，從而在正極和負(fù)極上形成陰離子衍生的富氟界面層，以抵抗界面問(wèn)題（圖3）。

圖3 含氟聚醚基聚合物電解質(zhì)提升電極界面穩(wěn)定性

2.3 添加劑調(diào)控與補(bǔ)鋰技術(shù)

電解質(zhì)體系的整體優(yōu)化為長(zhǎng)循環(huán)提供了基礎(chǔ)保障，而添加劑的精準(zhǔn)調(diào)控與活性鋰的主動(dòng)補(bǔ)充則成為進(jìn)一步提升壽命上限的關(guān)鍵手段。

復(fù)旦大學(xué)彭慧勝/高悅團(tuán)隊(duì)結(jié)合有機(jī)電化學(xué)與AI預(yù)測(cè)，提出一種突破性的“外部鋰補(bǔ)充”策略。此方法不僅成功解決Cr8O21等先天缺鋰電極材料無(wú)法工作的難題，更能反復(fù)再生使用后的商用電池。

除了活性鋰補(bǔ)充，添加劑的界面調(diào)控也取得重要進(jìn)展。Lu等利用TM 3d與氧2p軌道能隙和化學(xué)鍵強(qiáng)度作為關(guān)鍵描述符，指導(dǎo)篩選出一種新型含氟有機(jī)添加劑N?氟代雙（苯磺酰）胺，差異化地構(gòu)建穩(wěn)定陰極電解質(zhì)界面，有效抑制了電解液氧化和正極結(jié)構(gòu)退化。

同時(shí)，有效利用電化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的死鋰也是很重要的手段。Gu等提出一種石墨析鋰調(diào)控策略，該策略以單原子錳為關(guān)鍵調(diào)控描述符，在苛刻的高倍率、低溫充電條件下，可使石墨負(fù)極上的死鋰量減少90%，從而顯著提升電池循環(huán)穩(wěn)定性與安全性。

2.4 智能預(yù)判：AI模型預(yù)測(cè)電池壽命

材料、電解質(zhì)與添加劑的創(chuàng)新為壽命提升提供了工程方案，而精準(zhǔn)的壽命預(yù)測(cè)與健康狀態(tài)評(píng)估則是實(shí)現(xiàn)全生命周期管理的關(guān)鍵支撐。

Cai等揭示了鋰電池中庫(kù)倫損耗與容量衰減的非等價(jià)物理機(jī)理。該研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)消耗的電荷一部分通過(guò)局部電荷中性機(jī)制引發(fā)自放電，僅另一部分（由有害比ρ描述）生成有害副產(chǎn)物直接導(dǎo)致容量衰減。同時(shí)，在全電池層面存在全局電荷庫(kù)存補(bǔ)償機(jī)制，即正極的鋰庫(kù)存增益可補(bǔ)償負(fù)極的損失，當(dāng)正負(fù)極寄生反應(yīng)速率平衡（描述為ip/in≈1）時(shí)，可極大緩解凈鋰庫(kù)存損失。

Xi等提出一種整合參數(shù)敏感性分析（PSA）與多目標(biāo)優(yōu)化（MOO）的逆向設(shè)計(jì)優(yōu)化流程（IDOP）。建模過(guò)程中，采用負(fù)極與電解液的直接可調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)，以及負(fù)極/電解液界面的間接推導(dǎo)界面特性，PSA結(jié)果表明，面密度、顆粒半徑與界面特性對(duì)電池壽命具有顯著影響。

2.5 機(jī)理錨定：理論深化驅(qū)動(dòng)壽命優(yōu)化

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型預(yù)測(cè)為壽命管控提供了工具，而基礎(chǔ)理論的深化則揭示了壽命演化的內(nèi)在規(guī)律。Geslin等揭示了一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：與傳統(tǒng)恒流放電相比，在EV中模擬真實(shí)駕駛的動(dòng)態(tài)放電方式可以顯著延長(zhǎng)鋰電池壽命（圖4）。

圖4 動(dòng)態(tài)放電特征對(duì)電池容量衰減的影響示意

3 鋰電池工作溫域拓展

隨著應(yīng)用場(chǎng)景向航空航天、極地科考等更加極端的環(huán)境拓展，鋰電池的寬溫域適應(yīng)性已成為衡量其可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)。

3.1 低溫區(qū)拓展

鋰電池的低溫運(yùn)行正從“能否啟動(dòng)”向“能效可控”轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵在于電化學(xué)體系對(duì)低溫條件的耐受性。在液態(tài)鋰電池體系中，低溫時(shí)電解液黏度升高、離子遷移與脫溶劑化速率下降、界面阻抗增大以及鋰枝晶生成是性能下降的主要原因。Su等設(shè)計(jì)了一種以緊湊離子對(duì)聚集體（CIPA）為主導(dǎo)的低溫鋰電池電解質(zhì)，提高離子遷移數(shù)并形成穩(wěn)定SEI在?40℃下循環(huán)200周仍保持良好容量。針對(duì)低溫條件下石墨負(fù)極鋰離子插層動(dòng)力學(xué)過(guò)程減慢和枝晶生長(zhǎng)這一問(wèn)題，Gu等通過(guò)在石墨負(fù)極引入單原子錳作為鋰枝晶生長(zhǎng)抑制劑，通過(guò)利用錳的高親鋰性調(diào)控鋰沉積和鋰剝落過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了?20℃條件下鋰電池的高庫(kù)倫效率。

相比于液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)具有更高的理論能量密度，且不易揮發(fā)、耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度高，具有更高的安全性。Li等合成了一系列不含醚單元的丙烯酸酯聚合物，在–50℃下對(duì)聚合物基體進(jìn)行結(jié)晶處理，可釋放被限制的液體成分，重新潤(rùn)濕負(fù)極/聚合物界面，從而恢復(fù)容量并延長(zhǎng)電池壽命。

氯化物固態(tài)電解質(zhì)在低溫下兼具導(dǎo)電性與循環(huán)穩(wěn)定性，Hong等設(shè)計(jì)了一種面向極低溫環(huán)境的全固態(tài)鋰電池，該體系通過(guò)優(yōu)化離子導(dǎo)電性與界面穩(wěn)定性，顯著拓展了全固態(tài)電池的低溫適應(yīng)性。

3.2 高溫區(qū)拓展

高溫性能的提升關(guān)鍵在于電化學(xué)體系對(duì)高溫環(huán)境中化學(xué)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的適應(yīng)能力。王猛等評(píng)估了高溫浮充條件下鋰電池鼓脹帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果表明，電解質(zhì)體系的熱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)成為實(shí)現(xiàn)高溫可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。Song等報(bào)道了一種基于 Li?鍵的深共晶電解質(zhì)（Li?DEE），展示了深共晶結(jié)構(gòu)與界面工程在實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)高溫運(yùn)行方面的巨大潛力。Yang等提出了一種基于部分氟化酯（DFEA）的高壓寬溫域電解液（HWE）設(shè)計(jì)策略（圖5（a））。這種高熱穩(wěn)定性的界面膜不僅大幅降低了Li+脫溶劑化能壘，有效抑制了高脫鋰態(tài)正極在高溫下的Co溶解與晶格氧釋放。Jiang等設(shè)計(jì)了一種由咖啡酸改性殼聚糖（CC）與Ga–Sn液態(tài)金屬?gòu)?fù)合構(gòu)成的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)黏結(jié)劑，突破了傳統(tǒng)將黏結(jié)劑視為惰性結(jié)構(gòu)組分的認(rèn)知。

圖5 實(shí)現(xiàn)鋰電池寬溫域工作的材料設(shè)計(jì)與系統(tǒng)管理策略

在固態(tài)電解質(zhì)方面，F(xiàn)u等開發(fā)了一種“多合一”鹵化物固態(tài)電解質(zhì)Li1.3Fe1.2Cl4，展現(xiàn)出卓越熱適應(yīng)性。Chen等報(bào)道了一種“拼圖式”聚合物固態(tài)電解質(zhì)，通過(guò)分子組裝實(shí)現(xiàn)高電壓與非易燃特性。

3.3 材料與電池管理協(xié)同優(yōu)化

除了材料層面的本征改性，電池管理系統(tǒng)（BMS）與熱管理策略的協(xié)同是保障電池在寬溫域下安全運(yùn)行的另一道防線。Wang等提出“材料創(chuàng)新+熱調(diào)控”協(xié)同思路的寬溫域電池發(fā)展策略，顯著拓寬了電池安全工作溫域，并有望簡(jiǎn)化傳統(tǒng)液冷系統(tǒng)。

4 鋰電池安全性強(qiáng)化

提升鋰電池安全性是保障其規(guī)?；瘧?yīng)用的前提，也是破解“能量密度?安全性能”矛盾的關(guān)鍵命題。

4.1 本征安全強(qiáng)化

提升電池安全性的最有效手段是在材料層面進(jìn)行改性，提升電池材料的本征安全性。Sun等提出的溶劑中繼策略使4.5 V石墨?NCM811軟包電池（1.1 A·h）表現(xiàn)出增強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，顯著優(yōu)于使用商用電解質(zhì)的電池。Nagarajan等設(shè)計(jì)了一種基于磷離子液體的不易燃電池化學(xué)體系，這樣的組成提供了穩(wěn)定的電極?電解質(zhì)界面，使電池能夠在125℃的高溫下穩(wěn)定工作。

Huang等提出了一種陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)構(gòu)建策略，由此制備的準(zhǔn)固態(tài)電池在針刺測(cè)試和熱測(cè)試中保持了高安全性。Wang等通過(guò)協(xié)同靜電紡絲和原位固化策略制造了一種具有雙重阻燃功能的局部高濃度凝膠聚合物電解質(zhì)（LHCE?GPE），3D納米纖維和PFPN之間的協(xié)調(diào)相互作用不僅抑制了燃燒，而且促進(jìn)了陰離子主導(dǎo)的分解，從而在負(fù)極上形成了富含無(wú)機(jī)物、機(jī)械穩(wěn)定的SEI，有效抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，提高電池的循環(huán)壽命和安全性能。

正極材料（尤其是層狀氧化物正極材料），在溫度升高到臨界值時(shí)會(huì)發(fā)生分解并釋放大量O2，加速電解液氧化裂解，釋放可燃?xì)怏w并進(jìn)一步加劇放熱，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致電池?zé)崾Э?。Cui等通過(guò)差示掃描量熱儀（DSC）和結(jié)構(gòu)表征手段對(duì)15種不同高鎳層狀正極材料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了全面分析（圖6）。該研究提出了一種熱穩(wěn)定性指數(shù)來(lái)量化正極的整體熱穩(wěn)定性，為開發(fā)更安全的高鎳正極材料提供重要參考。

圖6 不同組成層狀正極的熱失控溫度、放熱量、反應(yīng)速率與充電程度關(guān)系

4.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警

捕獲電池內(nèi)部信號(hào)實(shí)現(xiàn)早期故障診斷和智能預(yù)警，能提前發(fā)現(xiàn)電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)，將其遏制在萌芽階段。Fan等開發(fā)了一種小型化、低功耗的非侵入性傳感系統(tǒng)，能夠精確傳感和無(wú)線傳輸鋰電池內(nèi)部的溫度和應(yīng)變信號(hào)，可用于快速識(shí)別早期熱故障和機(jī)械故障，提前預(yù)警并進(jìn)行故障定位（圖7（a））。

隨著AI與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)快速發(fā)展，研究人員也開發(fā)出精準(zhǔn)智能的預(yù)測(cè)模型。蔣建杰等提出了一種基于注意力機(jī)制?殘差結(jié)構(gòu)?長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)（SE?Res?LSTM）的電池膨脹壓力回歸預(yù)測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池過(guò)充熱失控的實(shí)時(shí)檢測(cè)，提高了預(yù)警的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。

4.3 主動(dòng)防控體系

高效的冷卻方案能延長(zhǎng)電池使用壽命，提高電池安全性能。Qi等利用圓柱形電池模塊的溫度分布特性，提出了一種新型的圓柱形鋰電池纏繞式冷卻帶結(jié)構(gòu)，提高了散熱效率。

添加新型阻燃物質(zhì)，阻止放熱反應(yīng)的發(fā)生，能夠從源頭阻斷熱失控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，顯著增強(qiáng)電池的熱穩(wěn)定性。Guo等通過(guò)在正極中加入基于膦酸酯的阻燃聚合物（FRP）來(lái)構(gòu)建連續(xù)的阻燃界面（FRI），中斷熱分解產(chǎn)生的活性自由基的反應(yīng)，進(jìn)而抑制可燃?xì)怏w的生成（圖7（b））。Zhang等開發(fā)了一種新型的自淬滅電池，其中的高效阻燃劑在電池正常工作時(shí)不發(fā)生反應(yīng)，在電池發(fā)生熱故障溫度升高時(shí)才被激活，提前消除負(fù)極，阻止了大規(guī)模鏈?zhǔn)椒艧岱磻?yīng)的發(fā)生，顯著提高了電池的安全性。

圖7 智能預(yù)警與阻燃防控

5 鋰電池回收再利用

開發(fā)高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的電池回收技術(shù)已成為全球能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

5.1 傳統(tǒng)回收技術(shù)

傳統(tǒng)回收技術(shù)主要包括火法冶金和濕法冶金?；鸱ㄒ苯鸺夹g(shù)又稱高溫冶金，能耗較高、廢氣排放較大且回收率低，被認(rèn)為可開發(fā)程度較低。濕法冶金技術(shù)金屬回收率高，且分離純度高，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的電池回收方法之一。當(dāng)前對(duì)于濕法回收的研究重點(diǎn)在于如何進(jìn)一步提高元素的浸出率和設(shè)計(jì)綠色環(huán)?？芍貜?fù)利用的浸出液體系。Liu等提出一種針對(duì)LFP正極材料的碘介導(dǎo)濕法回收體系，可直接用于鋅空氣電池或制氫。

5.2 直接修復(fù)技術(shù)

直接修復(fù)技術(shù)是近年來(lái)興起的綠色回收技術(shù)，關(guān)鍵思路是在保留電池材料原有晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)補(bǔ)鋰、消除缺陷、修復(fù)表面結(jié)構(gòu)等方式，恢復(fù)其電化學(xué)性能，具有流程短、能耗低、環(huán)保性好等優(yōu)勢(shì)。

固相法直接修復(fù)通過(guò)高溫?zé)Y(jié)或熱處理，結(jié)合鋰鹽補(bǔ)充和元素?fù)诫s，實(shí)現(xiàn)正極材料的結(jié)構(gòu)修復(fù)與性能恢復(fù)。Liu等揭示了NCM622材料的結(jié)構(gòu)降解與熱固相法修復(fù)機(jī)制，該工作為鋰電池三元材料直接回收提供原子級(jí)理論支撐。

Jia等開發(fā)了Mo摻雜結(jié)合低頻聲子散射穩(wěn)定晶格結(jié)構(gòu)策略（圖8（a）），降低正極材料中TM—O共價(jià)鍵的彎曲和伸展振動(dòng)頻率，并抑制TM原子的遷移和缺陷結(jié)構(gòu)的形成。

液相體系的修復(fù)技術(shù)具備修復(fù)產(chǎn)品均勻性更佳、反應(yīng)條件更溫和的優(yōu)勢(shì)。Hao等提出酒石酸（TA）基水熱處理+短時(shí)退火的一體化方案。其中TA既作為還原劑也作為鋰源載體修復(fù)LFP結(jié)構(gòu)，又通過(guò)與Al箔表面反應(yīng)實(shí)現(xiàn)非破壞性正極剝離（圖8（b））。Zhao等利用茶多酚作為天然電子供體，修復(fù)破損的碳涂層。

考慮到高溫高壓的條件在大規(guī)模生產(chǎn)中難以實(shí)現(xiàn)，如何在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)液相體系的均勻補(bǔ)鋰成為研究人員的關(guān)注重點(diǎn)。Tang等基于機(jī)器學(xué)習(xí)的回收體系篩選技術(shù)，最終確定溶液有機(jī)還原劑的低氧化還原電位是實(shí)現(xiàn)自發(fā)補(bǔ)鋰的關(guān)鍵條件，且通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)篩選出抗壞血酸–LiOH的體系，最終修復(fù)后的LFP在5 C倍率下循環(huán)500次容量保持率達(dá)96%（圖8（c）、圖8（d））。Lü等提出光催化修復(fù)技術(shù)，利用紫外光激發(fā)產(chǎn)生高能電荷載體多巴胺，降低Fe原子的遷移能壘，促進(jìn)錯(cuò)位Fe原子回歸晶格位點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋰離子的重新嵌入。

圖8 鋰電池正極材料直接修復(fù)技術(shù)典型策略

5.3 新型回收技術(shù)

隨著材料科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展，一系列新型電池回收技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這些技術(shù)突破了傳統(tǒng)技術(shù)和直接修復(fù)技術(shù)的局限，具有高效、環(huán)保、低成本、規(guī)?；葍?yōu)勢(shì)。

電池注液修復(fù)技術(shù)是一種無(wú)損回收技術(shù)，關(guān)鍵原理是向容量衰減的電池中注入特定的修復(fù)電解液，補(bǔ)充鋰源、修復(fù)SEI膜、消除結(jié)構(gòu)缺陷，從而恢復(fù)電池的容量和循環(huán)性能。該技術(shù)無(wú)需拆解電池，流程簡(jiǎn)單，操作便捷，能最大程度保留電池的結(jié)構(gòu)完整性。Chen等設(shè)計(jì)了一種有機(jī)鋰鹽類補(bǔ)鋰劑，補(bǔ)充電池循環(huán)過(guò)程中損失的鋰源，減少活性物質(zhì)的消耗；添加特定的添加劑可調(diào)控SEI膜的成分與結(jié)構(gòu)，降低界面阻抗，提升離子傳輸效率（圖9（a）~圖9（d））。

圖9 新型電池回收與修復(fù)技術(shù)

脈沖焦耳熱技術(shù)利用脈沖電流產(chǎn)生的焦耳熱，實(shí)現(xiàn)廢舊電池材料的快速分離與修復(fù)。Ji等采用脈沖焦耳熱技術(shù)處理廢舊NCM極片，經(jīng)補(bǔ)鋰處理后，初始放電容量達(dá)165 mA·h/g，循環(huán)穩(wěn)定性與商業(yè)材料相當(dāng)（圖9（e））。脈沖焦耳熱技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)是處理速度快、效率高，且能耗低，無(wú)需使用化學(xué)試劑，環(huán)保性好，分離后的集流體（銅箔、鋁箔）完好無(wú)損，可直接回收利用，進(jìn)一步提升資源利用率。

6 結(jié)論與展望

2025年，鋰電池研究在關(guān)鍵性能提升與可持續(xù)發(fā)展2大主線中取得了進(jìn)展，形成了多維度協(xié)同、跨學(xué)科融合的技術(shù)革新格局。在能量密度提升方面，正負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)了高容量與長(zhǎng)循環(huán)的協(xié)同；循環(huán)壽命研究構(gòu)建了“多尺度協(xié)同?AI預(yù)測(cè)?主動(dòng)修復(fù)”的全生命周期治理新范式，從根源上緩解了活性鋰損失與材料結(jié)構(gòu)劣化的關(guān)鍵矛盾；溫域拓展通過(guò)液態(tài)、固態(tài)電解質(zhì)體系創(chuàng)新與熱管理策略協(xié)同，拓寬了電池應(yīng)用邊界；安全性提升形成“本征強(qiáng)化?智能預(yù)警?主動(dòng)防控”三維防護(hù)體系，有效破解了高能量密度帶來(lái)的熱失控風(fēng)險(xiǎn)；回收技術(shù)則實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)火法、濕法冶金向直接修復(fù)、脈沖焦耳熱等綠色再生路線的轉(zhuǎn)型，為資源循環(huán)利用提供了多元化解決方案。

展望未來(lái)，鋰電池技術(shù)的發(fā)展將更加注重全鏈條系統(tǒng)集成，逐步從性能突破走向產(chǎn)業(yè)落地。在材料體系層面，超高鎳三元、富鋰錳基、硅碳等高比能正負(fù)極材料的改性研發(fā)仍是熱點(diǎn)方向。固態(tài)電池將是研發(fā)焦點(diǎn)，但其商業(yè)化進(jìn)程仍面臨電解質(zhì)?電極界面阻抗、規(guī)?；苽湟恢滦?、成本控制等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，未來(lái)3~5年，或?qū)⒖吹焦虘B(tài)電池在高端EV領(lǐng)域的應(yīng)用。在系統(tǒng)層面，AI與數(shù)字孿生技術(shù)將深度賦能電池研發(fā)與管理，實(shí)現(xiàn)從材料設(shè)計(jì)到終端應(yīng)用的一體化進(jìn)程。在可持續(xù)發(fā)展方面，綠色設(shè)計(jì)與低碳制造將成為下一代電池的關(guān)鍵指標(biāo)，電池結(jié)構(gòu)與材料的可拆解性、可修復(fù)性將成為新的研究方向。同時(shí)，電池系統(tǒng)與電網(wǎng)、車輛的深度融合也將成為重點(diǎn)課題。

未來(lái)，鋰電池技術(shù)將不再局限于單一指標(biāo)的突破，而是在高能量密度、長(zhǎng)壽命、高安全、寬溫域、低成本、綠色可持續(xù)的多維目標(biāo)中尋求最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)從研發(fā)到應(yīng)用的協(xié)同創(chuàng)新，推動(dòng)鋰電池技術(shù)成為碳中和目標(biāo)與全球能源轉(zhuǎn)型的堅(jiān)實(shí)支撐。

本文作者：周浩然、陳彪、趙志坤、姜操、彭乙洋、梁銘遠(yuǎn)、宮勇吉、程方益

作者簡(jiǎn)介：周浩然，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院，高效儲(chǔ)能教育部工程研究中心，特種化學(xué)電源全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，博士研究生，研究方向?yàn)殇囯x子電池正極材料；陳彪（共同第一作者），天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)，副教授，研究方向?yàn)橥艘垆囯姵卦偕h(huán)、原子分散金屬材料與雙向催化儲(chǔ)能研究；宮勇吉（通信作者），北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，教授，研究方向?yàn)槎S能源材料及器件；程方益（共同通信作者），南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院，高效儲(chǔ)能教育部工程研究中心，特種化學(xué)電源全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，教授，研究方向?yàn)槟茉床牧匣瘜W(xué)。

文章來(lái) 源 ： 周浩然, 陳彪, 趙志坤, 等. 2025年鋰電池?zé)狳c(diǎn)回眸[J]. 科技導(dǎo)報(bào), 2026, 44(2): 54?68 .

文章轉(zhuǎn)載自“科技導(dǎo)報(bào)”微信公眾號(hào)