报告日期：2026年1月17日
近24小时锂离子电池领域文献呈现多元化发展态势，重点关注固态电解质体系优化、先进表征技术开发、高能量密度材料设计及电池安全性提升。研究热点主要集中于以下几方面：固态电解质领域涵盖LLZO基garnet体系掺杂改性、新型氧氟化物电解质及界面阻抗分析技术；正极材料研究聚焦于高容量层状氧化物界面稳定化、富锂锰基材料表面调控及阴离子氧化还原机制；负极方面出现硅基材料新型结构设计及锂金属负极界面保护策略；表征技术取得突破性进展，包括原子尺度原位透射电镜、联合域阻抗谱及光纤传感原位监测；此外，数据集构建、回收技术及电池管理系统等方向亦有重要成果。
本时段研究突破主要体现在以下四个方面：
首先，在原子尺度反应机制揭示方面，通过原位透射电镜技术首次观测到多颗粒磷酸铁锂在脱锂过程中的周期性倍增机制及颗粒间锂离子传输行为，并发现锂化过程中的晶态-非晶态转变是主要失效路径[2]。该研究为理解电极材料动力学限制提供了直接实验证据。
其次，电池安全性监测技术取得重要创新，研究者将光纤布拉格光栅传感器植入电池内部，实现了热失控孕育期内部应变与温度的同步监测，并发现应变导数可作为提前18.8分钟预警热失控的新指标[18]。此方法为失效模式识别提供了全新视角。
第三，固态电池表征方法学实现突破，联合域阻抗谱技术通过融合时域与频域信息，显著提升了固态电解质界面特性的分析效率[6]。该技术可为固态电解质界面优化提供加速表征手段。
第四，硅负极结构设计呈现创新思路，通过构建三维蜂窝状纳米结构并将硅纳米颗粒与高熵合金基体复合，有效缓解了体积膨胀问题[24]。此策略为硅负极实用化提供了新路径。
以下文章因提出新机理、新材料或解决关键争议而备受关注：
磷酸铁锂脱嵌锂机制的原子尺度观测[2]：该研究利用原位透射电镜结合锂镧锆氧固态电解质，首次揭示了多颗粒磷酸铁锂在脱锂过程中形成亚稳态L0.5FP的周期性倍增机制，并直接观测到颗粒间锂离子传输。更重要的是，研究发现锂化过程以界面主导的晶态-非晶态转变进行，将非晶化识别为颗粒级失效的主要路径。这一发现挑战了传统两相反应机制认知，为优化磷酸铁锂快充性能及循环稳定性提供了原子级理论指导。
热失控的光学原位识别与早期预警[18]：该工作创新性地将光纤布拉格光栅传感器植入电池内部，实现了对热失控孕育期内部应变和温度的同步监测。研究揭示了异常电极膨胀、产气、锂沉积及"负极-电解质-正极"链式反应等失效模式，并提出应变导数作为电压信号之外的新型预警指标。该技术可提前18.8分钟预警热失控，为电池管理系统提供了更长的响应窗口，对提升电动汽车安全性具有重要应用价值。
高容量层状氧化物正极的纳米簇交联聚合物稳定策略[15]：针对高镍层状氧化物和富锂层状氧化物界面不稳定问题，研究者设计了一种由钛氧簇交联聚氨酯的有机-无机杂化聚合物涂层。该材料兼具高机械强度、优异电解质耐受性及强正极亲和力，可作为人工正极电解质界面层，显著抑制晶格畸变和过渡金属溶解。更值得关注的是，该聚合物可直接用作增强型粘结剂，实现表面改性与电极制备一步完成，为工业化界面工程提供了"合二为一"的便捷方案。
硅负极的高熵合金基体结构设计[24]：该研究构建了分级三维蜂窝状纳米结构，将硅纳米颗粒与高熵合金基体集成。高熵合金基体不仅提供机械支撑，还可通过多主元效应调控锂离子传输动力学。此设计有效解决了硅负极体积膨胀和导电性差的瓶颈问题，为开发超高容量锂离子电池负极提供了新思路。
高容量层状氧化物稳定化研究取得进展。纳米簇交联聚合物涂层通过钛氧簇增强聚氨酯结构，有效稳定高镍NCM811及富锂层状氧化物界面，实现200次循环后容量保持率78%[15]。表面铝掺杂的富锂锰基正极材料通过壳层π型超交换机制增强高压稳定性，纳米尺度STXM表征揭示了其表面电子结构调控机制[9]。铁/锰基阴离子氧化还原正极中惰性元素替代机制研究提供了新认识[5]。
硅负极结构设计实现突破。分级三维蜂窝状纳米结构将硅纳米颗粒嵌入高熵合金基体，形成稳定复合架构[24]。该设计通过高熵合金的机械缓冲作用和导电网络构建，有望显著提升硅负极的循环稳定性和倍率性能。
Garnet型LLZO电解质改性研究持续深入。铈掺杂LLZO通过分布弛豫时间分析定量解析晶界阻抗，对称电池极化电压降低且稳定运行700小时，准固态电池24次循环后容量保持率72%[3]。高熵策略应用于Li6La3Zr0.5Nb0.5Ta0.5Hf0.5O12体系，通过La位多元素掺杂提升相稳定性和电化学性能[12]。纳米尺度涂层异质掺杂影响锂在脆性固态电解质中的侵入力学行为[13]。新型Li1+xTaOxF6–x氧氟化物电解质通过非晶化增强离子传导通道，适用于5V全固态电池[4]。
木质素衍生双网络共晶电解质展现出机械鲁棒性和高离子导电性[8]。该材料利用生物质资源，符合可持续发展理念，可能在柔性电池领域获得应用。
针对物理所锂离子电池研究方向，本时段文献提供以下启示：
原位表征技术融合：原子尺度原位透射电镜研究[2]与光纤传感原位监测[18]展示了多尺度表征联用的重要性。建议将电化学原位表征与结构/力学原位技术结合，特别是在电极-电解质界面研究中，可同时捕捉电化学信号、结构演化和应力变化，建立界面失效的多物理场耦合模型。
界面工程智能化设计：纳米簇交联聚合物涂层[15]和Janus隔膜[19]体现了定向功能化界面设计理念。针对钴酸锂和三元正极材料，可借鉴"刚柔并济"的聚合物设计思想，开发具有自适应能力的智能界面层，实现循环过程中界面应力的动态释放与化学稳定性的协同提升。
高熵材料策略拓展：高熵合金基体用于硅负极[24]和高熵garnet电解质[12]表明高熵概念在电池材料中的普适性。建议在PEO基聚合物电解质中引入高熵填料，或在复合电解质中构建高熵离子传输通道，利用多主元协同效应提升离子电导率和界面兼容性。
计算与实验闭环：石墨/LNMO电池综合数据集[1]和固态电解质晶体结构数据库OBELiX[21]为材料计算筛选提供了基础。建议利用这些开源数据集，结合机器学习加速钴酸锂掺杂改性、固态电解质组分优化及预锂化工艺参数设计，构建"计算预测-实验验证-数据反馈"的闭环研发模式。
安全预警机制创新：内部应变监测预警热失控[18]为电池滥用研究提供了新思路。建议开展应变-温度-电化学信号的多参量耦合研究，建立热失控孕育期微观机制与宏观信号的关联模型，开发基于多物理场融合的电池管理系统算法。
当前锂离子电池研究正从单一性能优化转向多目标协同设计，安全性、能量密度与循环寿命的平衡成为核心挑战。未来研究趋势可能集中在：
第一，多尺度多物理场表征技术的深度融合，将原子尺度机制理解与电池级失效分析相结合，建立跨尺度性能预测模型。第二，智能化界面工程将成为高能量密度材料实用化的关键，自适应、自修复界面层设计有望解决高镍三元、硅负极等材料的固有缺陷。第三，高熵材料策略将从电解质拓展至电极材料，通过多主元协同效应实现性能突破。第四，AI驱动的材料研发模式将加速新体系发现，开源数据集和标准化测试方法将促进社区协作。第五，原位固化技术与预锂化工艺的工程化研究需要加强，以推动实验室成果向产业化转化。第六，电池安全监测将从外部参数转向内部状态直接感知，光纤传感等植入式监测技术有望成为下一代电池管理系统的标准配置。
物理所应充分发挥在原位表征、界面工程和计算模拟方面的优势，重点关注高熵材料体系、智能界面设计及多物理场耦合失效机制研究，同时加强固态电池原位固化工艺和预锂化技术的工程化验证，为下一代高能量密度、高安全锂离子电池研发提供关键科学支撑。