原文发表于《科技导报》2026 年第2 期 《 2025年锂电池热点回眸 》
锂电池性能的持续突破对推动新能源交通、智能电网及极端环境装备的发展有重要意义。《科技导报》邀请南开大学化学学院程方益教授团队、天津大学材料科学与工程学院陈彪副教授、北京航空航天大学材料科学与工程学院宫勇吉教授团队撰写文章，系统梳理了2025年锂电池在5大关键方向的研究进展，并对未来发展趋势进行展望。
随着全球能源结构转型的持续推进和“双碳”目标的深入实施，锂电池作为高效、清洁的能量转化储存载体，在便携式电子设备、电动汽车（EV）、规模储能、航空航天等领域展现出不可替代的作用，市场规模呈现爆发式增长。然而，随着应用场景的拓宽，锂电池在能量密度、循环寿命、极端环境适应性及安全性等方面迎来更加严峻的挑战。废旧电池退役高峰的到来进一步凸显了资源回收与循环利用的紧迫性。2025年，随着材料科学、界面电化学、人工智能（AI）与工程技术的深度融合，锂电池研究迎来了系列进展。
我们围绕能量密度、循环寿命、温域拓展、安全性及回收再利用5大重点、热点方向，系统综述2025年的研究成果，旨在分析锂电池领域的前沿科学问题及其解决方法策略，展望未来技术发展趋势。
1 锂电池能量密度提升
1.1 电极材料容量突破
为满足EV、规模储能等领域对更长续航与更小体积储能系统的核心需求，持续提升能量密度是锂电池技术发展的首要目标。电池能量密度提升本质依赖于材料容量的突破，图1对比了不同正极材料的性能指标，其中高镍三元正极与富锂锰基正极被认为是最具潜力的2大路线。
图1 锂电池常见正极材料性能对比
针对高镍材料的结构稳定性与界面兼容性问题，包覆与掺杂作为经典改性路径仍展现出显著成效。Yu等提出B预掺杂与Li2SiO3表面包覆的协同改性策略，B以可逆转变的三配位（BO3）和四配位（BO4）构型掺杂进入晶格。同时，B掺杂调控一次颗粒形成细长形貌与径向排列，缓解了循环应变，而Li2SiO3包覆层则显著降低了界面副反应。
除外源性的掺杂包覆协同调控，本征结构设计作为另一核心路径，为提升高镍材料综合性能提供全新视角。Sun等提出了一种基于原位晶体生长与多重烧结调控的本征结构设计策略，成功制备出具有内部间隙结构和表面岩盐相的超高镍正极材料G−Ni91(LiNi0.91Co0.045Mn0.045O2)。该材料独特的间隙结构与细小的初级颗粒显著缩短了锂离子扩散路径并降低了传输阻力；同时，其表面原位形成的岩盐相有效抑制了高电压下的有害相变与界面副反应。
首次充放电过程中发生不可逆的活性锂损失（LLI）是高镍材料另一痛点，导致其可逆容量显著低于理论容量。Kang等提出通过将LiNiO2与LiFePO4混合构建复合电极，利用二者在放电末期存在的电化学势差，驱动内部锂离子自发从LiFePO4转移至缺锂的Li1−xNiO2。
针对富锂锰基正极材料在阴离子氧化还原过程中可逆锂离子脱嵌量低的问题，Liu等提出了一种“动力学激活”策略，最终材料实现了348 mA·h/g的高放电容量，锂离子利用率超过1.1化学计量单位，达到理论容量的92%以上。Li等合成出侧面暴露大量锂离子快速传输通道{010}晶面的“微砖”状初级Li1.2Ni0.2Mn0.6O2颗粒，该材料实现了264.4 mA·h/g高比容量与3431.0 W·h/L的超高体积能量密度。Yang等提出了一种山梨酸辅助界面工程，通过一步法在材料表面构建了兼具层状−尖晶石异质结构与氧空位的多功能界面层。该界面层不仅能提供三维锂离子扩散通道、降低锂离子迁移能垒，还能提高晶格氧的氧化还原可逆性、抑制氧释放与不利相变。
高镍三元与富锂锰基路线之外，Park等开发了新型富锰“准有序”正极QO−NCM45，这种本征的结构稳固性，使其在4.6 V高电压下循环时有效改善传统高镍材料常见的晶格塌陷与微裂纹问题，同时兼具低成本、高热稳定性和高可逆容量的综合优势。
1.2 高压电解质匹配
实现高能量密度不仅需要高容量的电极，还依赖于正极材料的高电压运行。目前，提升电解质高压性能的策略可主要归纳为3类：一是溶剂化结构工程；二是分子改性与成膜添加剂；三是采用具备宽电化学窗口的固态/准固态电解质。
在溶剂化结构工程方面，Han等设计了一种离子液体（Pyr13TFSI）调控的局部高浓度电解液。该策略有效减少了高电压下具有反应活性的游离溶剂分子，从而促进了富含无机物、稳定性更高的CEI与固体电解质界面（SEI）的形成。
在成膜添加剂方面，Ji等制备了由分散在连续碳酸盐电解质中的超细不溶液滴（50~120 nm）组成的微乳液电解质，能够同时调节SEI和CEI，增强负极和正极界面的稳定性。
在界面保护策略层面，Son等报道了一种突破性的氟化物固体电解质LiCl–4Li2TiF6，其具备30℃下1.7×10−5 S/cm 高离子电导率与超高电压稳定性（>5 V）。
2 锂电池循环寿命延长
锂电池的循环寿命是决定其全周期成本与可靠性的关键。锂电池寿命衰减主要涉及2大机制：一是LLI，二是正负极材料结构的劣化（LAM），这些机制交织形成容量持续衰退的复杂演化过程，理解并应对这些机制是寿命提升工程研究的关键。
2.1 结构赋能：材料设计实现根源性抗衰
材料结构的精准设计成为从根源上提升稳定性的首要突破方向。在正极材料方面，单晶结构与高熵构型是提升循环稳定性的重要途径。Zeng等提出了一种通过梯度微观结构设计提升单晶高镍层状氧化物（LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2）在锂电池中机械化学稳定性的策略。这种结构有效抑制了高电压下O 2p与Ni 3d能带重叠，减少了晶格氧析出，增强了阴离子骨架稳定性。
Zhang等则通过B和Nb的协同掺杂在单晶超高镍LiNi0.92Co0.03Mn0.05O2正极中构建晶格内键合相（IBP），成功解决了单晶材料中锂离子扩散路径长、反应不均匀和晶格应变累积的问题，还显著提升了离子迁移速率，并有效抑制了H2−H3相变过程中的晶格畸变与氧流失，实现了高度均匀的电化学反应（图2）。
图2 单晶正极材料晶格内键合相结构设计
富锂锰基正极存在晶格氧易析出、R−3m与C2/m两相间应力导致的颗粒开裂等固有缺陷，使其难以兼顾长循环稳定性，仅靠表面修饰难以根治这些深层问题。对此，Hu等提出“内部晶格构型+微观结构”的协同优化策略，并设计了一次颗粒径向排列的微观结构。该构型有效抑制了高电压下晶格氧的不可逆析出，同时径向结构缓解了R−3m与C2/m两相间的晶胞体积差异应力。
这种“结构适配性能”的设计思路进一步延伸至全固态电池领域，即针对固态体系中电极与电解质界面接触易失效、应力累积明显的痛点，Park等构建了兼具表面B包覆与Nb掺杂诱导柱状结构的系列高镍正极材料。
正极材料的结构优化为寿命提升奠定了基础，而负极尤其是锂金属负极的枝晶生长与死锂问题，仍是制约长循环的关键瓶颈，针对这一痛点，欧阳明高院士团队提出了电场弛豫的锂枝晶调控策略。该策略在商用电池中实现了100次快充循环后容量保持率从80%提升至95%，且调控时间比现行方法缩短80%。
2.2 界面适配：创新电解质体系支撑长循环稳定性
材料本征稳定性的提升需要界面环境的协同适配，电解质作为离子传输的媒介，其化学设计直接影响界面反应与SEI/CEI膜的稳定性。
Sun等提出一种“溶剂中继”电解质策略，在高温下诱导离子解离，从而显著地提升了热稳定性。欧阳明高团队提出无碳酸乙烯酯（EC）电解质体系，使锂离子优先与阴离子配位，通过提高最低黏分子轨道（LUMO）能级，降低溶剂还原副反应。Huang等设计了一种由强溶剂化聚醚和弱溶剂化氟烃悬浮物组成的含氟聚醚基聚合物电解质，形成富含阴离子的溶剂化结构，从而在正极和负极上形成阴离子衍生的富氟界面层，以抵抗界面问题（图3）。
图3 含氟聚醚基聚合物电解质提升电极界面稳定性
2.3 添加剂调控与补锂技术
电解质体系的整体优化为长循环提供了基础保障，而添加剂的精准调控与活性锂的主动补充则成为进一步提升寿命上限的关键手段。
复旦大学彭慧胜/高悦团队结合有机电化学与AI预测，提出一种突破性的“外部锂补充”策略。此方法不仅成功解决Cr8O21等先天缺锂电极材料无法工作的难题，更能反复再生使用后的商用电池。
除了活性锂补充，添加剂的界面调控也取得重要进展。Lu等利用TM 3d与氧2p轨道能隙和化学键强度作为关键描述符，指导筛选出一种新型含氟有机添加剂N−氟代双（苯磺酰）胺，差异化地构建稳定阴极电解质界面，有效抑制了电解液氧化和正极结构退化。
同时，有效利用电化学过程产生的死锂也是很重要的手段。Gu等提出一种石墨析锂调控策略，该策略以单原子锰为关键调控描述符，在苛刻的高倍率、低温充电条件下，可使石墨负极上的死锂量减少90%，从而显著提升电池循环稳定性与安全性。
2.4 智能预判：AI模型预测电池寿命
材料、电解质与添加剂的创新为寿命提升提供了工程方案，而精准的寿命预测与健康状态评估则是实现全生命周期管理的关键支撑。
Cai等揭示了锂电池中库伦损耗与容量衰减的非等价物理机理。该研究发现，反应消耗的电荷一部分通过局部电荷中性机制引发自放电，仅另一部分（由有害比ρ描述）生成有害副产物直接导致容量衰减。同时，在全电池层面存在全局电荷库存补偿机制，即正极的锂库存增益可补偿负极的损失，当正负极寄生反应速率平衡（描述为ip/in≈1）时，可极大缓解净锂库存损失。
Xi等提出一种整合参数敏感性分析（PSA）与多目标优化（MOO）的逆向设计优化流程（IDOP）。建模过程中，采用负极与电解液的直接可调设计参数，以及负极/电解液界面的间接推导界面特性，PSA结果表明，面密度、颗粒半径与界面特性对电池寿命具有显著影响。
2.5 机理锚定：理论深化驱动寿命优化
数据驱动的模型预测为寿命管控提供了工具，而基础理论的深化则揭示了寿命演化的内在规律。Geslin等揭示了一个关键发现：与传统恒流放电相比，在EV中模拟真实驾驶的动态放电方式可以显著延长锂电池寿命（图4）。
图4 动态放电特征对电池容量衰减的影响示意
3 锂电池工作温域拓展
随着应用场景向航空航天、极地科考等更加极端的环境拓展，锂电池的宽温域适应性已成为衡量其可靠性的关键指标。
3.1 低温区拓展
锂电池的低温运行正从“能否启动”向“能效可控”转变，这一转变的关键在于电化学体系对低温条件的耐受性。在液态锂电池体系中，低温时电解液黏度升高、离子迁移与脱溶剂化速率下降、界面阻抗增大以及锂枝晶生成是性能下降的主要原因。Su等设计了一种以紧凑离子对聚集体（CIPA）为主导的低温锂电池电解质，提高离子迁移数并形成稳定SEI在−40℃下循环200周仍保持良好容量。针对低温条件下石墨负极锂离子插层动力学过程减慢和枝晶生长这一问题，Gu等通过在石墨负极引入单原子锰作为锂枝晶生长抑制剂，通过利用锰的高亲锂性调控锂沉积和锂剥落过程，实现了−20℃条件下锂电池的高库伦效率。
相比于液态电解质，固态电解质具有更高的理论能量密度，且不易挥发、耐高温、机械强度高，具有更高的安全性。Li等合成了一系列不含醚单元的丙烯酸酯聚合物，在–50℃下对聚合物基体进行结晶处理，可释放被限制的液体成分，重新润湿负极/聚合物界面，从而恢复容量并延长电池寿命。
氯化物固态电解质在低温下兼具导电性与循环稳定性，Hong等设计了一种面向极低温环境的全固态锂电池，该体系通过优化离子导电性与界面稳定性，显著拓展了全固态电池的低温适应性。
3.2 高温区拓展
高温性能的提升关键在于电化学体系对高温环境中化学与结构稳定性的适应能力。王猛等评估了高温浮充条件下锂电池鼓胀带来的安全风险，结果表明，电解质体系的热稳定性设计成为实现高温可靠运行的关键。Song等报道了一种基于 Li−键的深共晶电解质（Li−DEE），展示了深共晶结构与界面工程在实现准固态电解质高温运行方面的巨大潜力。Yang等提出了一种基于部分氟化酯（DFEA）的高压宽温域电解液（HWE）设计策略（图5（a））。这种高热稳定性的界面膜不仅大幅降低了Li+脱溶剂化能垒，有效抑制了高脱锂态正极在高温下的Co溶解与晶格氧释放。Jiang等设计了一种由咖啡酸改性壳聚糖（CC）与Ga–Sn液态金属复合构成的电场驱动黏结剂，突破了传统将黏结剂视为惰性结构组分的认知。
图5 实现锂电池宽温域工作的材料设计与系统管理策略
在固态电解质方面，Fu等开发了一种“多合一”卤化物固态电解质Li1.3Fe1.2Cl4，展现出卓越热适应性。Chen等报道了一种“拼图式”聚合物固态电解质，通过分子组装实现高电压与非易燃特性。
3.3 材料与电池管理协同优化
除了材料层面的本征改性，电池管理系统（BMS）与热管理策略的协同是保障电池在宽温域下安全运行的另一道防线。Wang等提出“材料创新+热调控”协同思路的宽温域电池发展策略，显著拓宽了电池安全工作温域，并有望简化传统液冷系统。
4 锂电池安全性强化
提升锂电池安全性是保障其规模化应用的前提，也是破解“能量密度−安全性能”矛盾的关键命题。
4.1 本征安全强化
提升电池安全性的最有效手段是在材料层面进行改性，提升电池材料的本征安全性。Sun等提出的溶剂中继策略使4.5 V石墨−NCM811软包电池（1.1 A·h）表现出增强的热稳定性，显著优于使用商用电解质的电池。Nagarajan等设计了一种基于磷离子液体的不易燃电池化学体系，这样的组成提供了稳定的电极−电解质界面，使电池能够在125℃的高温下稳定工作。
Huang等提出了一种阴离子溶剂化结构构建策略，由此制备的准固态电池在针刺测试和热测试中保持了高安全性。Wang等通过协同静电纺丝和原位固化策略制造了一种具有双重阻燃功能的局部高浓度凝胶聚合物电解质（LHCE−GPE），3D纳米纤维和PFPN之间的协调相互作用不仅抑制了燃烧，而且促进了阴离子主导的分解，从而在负极上形成了富含无机物、机械稳定的SEI，有效抑制锂枝晶的生长，提高电池的循环寿命和安全性能。
正极材料（尤其是层状氧化物正极材料），在温度升高到临界值时会发生分解并释放大量O2，加速电解液氧化裂解，释放可燃气体并进一步加剧放热，引发链式反应，进而导致电池热失控。Cui等通过差示扫描量热仪（DSC）和结构表征手段对15种不同高镍层状正极材料的热稳定性进行了全面分析（图6）。该研究提出了一种热稳定性指数来量化正极的整体热稳定性，为开发更安全的高镍正极材料提供重要参考。
图6 不同组成层状正极的热失控温度、放热量、反应速率与充电程度关系
4.2 实时监测与智能预警
捕获电池内部信号实现早期故障诊断和智能预警，能提前发现电池热失控风险，将其遏制在萌芽阶段。Fan等开发了一种小型化、低功耗的非侵入性传感系统，能够精确传感和无线传输锂电池内部的温度和应变信号，可用于快速识别早期热故障和机械故障，提前预警并进行故障定位（图7（a））。
随着AI与机器学习技术快速发展，研究人员也开发出精准智能的预测模型。蒋建杰等提出了一种基于注意力机制−残差结构−长短时记忆网络（SE−Res−LSTM）的电池膨胀压力回归预测算法，实现了对电池过充热失控的实时检测，提高了预警的时效性和准确性。
4.3 主动防控体系
高效的冷却方案能延长电池使用寿命，提高电池安全性能。Qi等利用圆柱形电池模块的温度分布特性，提出了一种新型的圆柱形锂电池缠绕式冷却带结构，提高了散热效率。
添加新型阻燃物质，阻止放热反应的发生，能够从源头阻断热失控链式反应，显著增强电池的热稳定性。Guo等通过在正极中加入基于膦酸酯的阻燃聚合物（FRP）来构建连续的阻燃界面（FRI），中断热分解产生的活性自由基的反应，进而抑制可燃气体的生成（图7（b））。Zhang等开发了一种新型的自淬灭电池，其中的高效阻燃剂在电池正常工作时不发生反应，在电池发生热故障温度升高时才被激活，提前消除负极，阻止了大规模链式放热反应的发生，显著提高了电池的安全性。
图7 智能预警与阻燃防控
5 锂电池回收再利用
开发高效、环保、经济的电池回收技术已成为全球能源领域的研究热点。
5.1 传统回收技术
传统回收技术主要包括火法冶金和湿法冶金。火法冶金技术又称高温冶金，能耗较高、废气排放较大且回收率低，被认为可开发程度较低。湿法冶金技术金属回收率高，且分离纯度高，是当前应用最广泛的电池回收方法之一。当前对于湿法回收的研究重点在于如何进一步提高元素的浸出率和设计绿色环保可重复利用的浸出液体系。Liu等提出一种针对LFP正极材料的碘介导湿法回收体系，可直接用于锌空气电池或制氢。
5.2 直接修复技术
直接修复技术是近年来兴起的绿色回收技术，关键思路是在保留电池材料原有晶体结构的基础上，通过补锂、消除缺陷、修复表面结构等方式，恢复其电化学性能，具有流程短、能耗低、环保性好等优势。
固相法直接修复通过高温烧结或热处理，结合锂盐补充和元素掺杂，实现正极材料的结构修复与性能恢复。Liu等揭示了NCM622材料的结构降解与热固相法修复机制，该工作为锂电池三元材料直接回收提供原子级理论支撑。
Jia等开发了Mo掺杂结合低频声子散射稳定晶格结构策略（图8（a）），降低正极材料中TM—O共价键的弯曲和伸展振动频率，并抑制TM原子的迁移和缺陷结构的形成。
液相体系的修复技术具备修复产品均匀性更佳、反应条件更温和的优势。Hao等提出酒石酸（TA）基水热处理+短时退火的一体化方案。其中TA既作为还原剂也作为锂源载体修复LFP结构，又通过与Al箔表面反应实现非破坏性正极剥离（图8（b））。Zhao等利用茶多酚作为天然电子供体，修复破损的碳涂层。
考虑到高温高压的条件在大规模生产中难以实现，如何在常温常压下实现液相体系的均匀补锂成为研究人员的关注重点。Tang等基于机器学习的回收体系筛选技术，最终确定溶液有机还原剂的低氧化还原电位是实现自发补锂的关键条件，且通过机器学习筛选出抗坏血酸–LiOH的体系，最终修复后的LFP在5 C倍率下循环500次容量保持率达96%（图8（c）、图8（d））。Lü等提出光催化修复技术，利用紫外光激发产生高能电荷载体多巴胺，降低Fe原子的迁移能垒，促进错位Fe原子回归晶格位点，同时实现锂离子的重新嵌入。
图8 锂电池正极材料直接修复技术典型策略
5.3 新型回收技术
随着材料科学和工程技术的发展，一系列新型电池回收技术应运而生，这些技术突破了传统技术和直接修复技术的局限，具有高效、环保、低成本、规模化等优势。
电池注液修复技术是一种无损回收技术，关键原理是向容量衰减的电池中注入特定的修复电解液，补充锂源、修复SEI膜、消除结构缺陷，从而恢复电池的容量和循环性能。该技术无需拆解电池，流程简单，操作便捷，能最大程度保留电池的结构完整性。Chen等设计了一种有机锂盐类补锂剂，补充电池循环过程中损失的锂源，减少活性物质的消耗；添加特定的添加剂可调控SEI膜的成分与结构，降低界面阻抗，提升离子传输效率（图9（a）~图9（d））。
图9 新型电池回收与修复技术
脉冲焦耳热技术利用脉冲电流产生的焦耳热，实现废旧电池材料的快速分离与修复。Ji等采用脉冲焦耳热技术处理废旧NCM极片，经补锂处理后，初始放电容量达165 mA·h/g，循环稳定性与商业材料相当（图9（e））。脉冲焦耳热技术的突出优势是处理速度快、效率高，且能耗低，无需使用化学试剂，环保性好，分离后的集流体（铜箔、铝箔）完好无损，可直接回收利用，进一步提升资源利用率。
6 结论与展望
2025年，锂电池研究在关键性能提升与可持续发展2大主线中取得了进展，形成了多维度协同、跨学科融合的技术革新格局。在能量密度提升方面，正负极材料实现了高容量与长循环的协同；循环寿命研究构建了“多尺度协同−AI预测−主动修复”的全生命周期治理新范式，从根源上缓解了活性锂损失与材料结构劣化的关键矛盾；温域拓展通过液态、固态电解质体系创新与热管理策略协同，拓宽了电池应用边界；安全性提升形成“本征强化−智能预警−主动防控”三维防护体系，有效破解了高能量密度带来的热失控风险；回收技术则实现从传统火法、湿法冶金向直接修复、脉冲焦耳热等绿色再生路线的转型，为资源循环利用提供了多元化解决方案。
展望未来，锂电池技术的发展将更加注重全链条系统集成，逐步从性能突破走向产业落地。在材料体系层面，超高镍三元、富锂锰基、硅碳等高比能正负极材料的改性研发仍是热点方向。固态电池将是研发焦点，但其商业化进程仍面临电解质−电极界面阻抗、规模化制备一致性、成本控制等现实挑战，未来3~5年，或将看到固态电池在高端EV领域的应用。在系统层面，AI与数字孪生技术将深度赋能电池研发与管理，实现从材料设计到终端应用的一体化进程。在可持续发展方面，绿色设计与低碳制造将成为下一代电池的关键指标，电池结构与材料的可拆解性、可修复性将成为新的研究方向。同时，电池系统与电网、车辆的深度融合也将成为重点课题。
未来，锂电池技术将不再局限于单一指标的突破，而是在高能量密度、长寿命、高安全、宽温域、低成本、绿色可持续的多维目标中寻求最优解，实现从研发到应用的协同创新，推动锂电池技术成为碳中和目标与全球能源转型的坚实支撑。
本文作者：周浩然、陈彪、赵志坤、姜操、彭乙洋、梁铭远、宫勇吉、程方益
作者简介：周浩然，南开大学化学学院，高效储能教育部工程研究中心，特种化学电源全国重点实验室，博士研究生，研究方向为锂离子电池正极材料；陈彪（共同第一作者），天津大学材料科学与工程学院，国家储能技术产教融合创新平台，副教授，研究方向为退役锂电池再生循环、原子分散金属材料与双向催化储能研究；宫勇吉（通信作者），北京航空航天大学材料科学与工程学院，教授，研究方向为二维能源材料及器件；程方益（共同通信作者），南开大学化学学院，高效储能教育部工程研究中心，特种化学电源全国重点实验室，教授，研究方向为能源材料化学。
文章来 源 ： 周浩然, 陈彪, 赵志坤, 等. 2025年锂电池热点回眸[J]. 科技导报, 2026, 44(2): 54−68 .
本文有删改，
内容为【科技导报】公众号原创，欢迎转载
白名单回复后台「转载」
《科技导报》创刊于1980年，中国科协学术会刊，主要刊登科学前沿和技术热点领域突破性的研究成果、权威性的科学评论、引领性的高端综述，发表促进经济社会发展、完善科技管理、优化科研环境、培育科学文化、促进科技创新和科技成果转化的决策咨询建议。常设栏目有院士卷首语、科技新闻、科技评论、本刊专稿、特色专题、研究论文、政策建议、科技人文等。
热门跟贴