目前的锂离子电池采用石墨作为负极材料，液态电解质以及正极材料如NMC和LFP。这些电池已经接近其性能极限，但是仍然存在一些途径可以进一步提升性能并降低成本。

从石墨转向硅

硅负极作为一种替代选择，具有显著提高能量密度和性能的潜力。近年来硅负极技术有了重大突破，使得电池可以在负极中使用更高比例的硅，从5%增加到了5-100%。

硅负极市场正在不断成熟，高级硅负极材料在各种应用中的采用变得越来越可能。据IDTechEx预测，硅负极材料的采用将大幅增长，尽管石墨预计仍将保持主导地位，直至2030年代。

正极合成的新方法

未来的锂离子电池可能会继续使用商业可用的阴极材料，但在正极材料的改进方面可能会有一些变化。

富锂锰基正极可能会提供适度的能量密度增加，但商业化进展受到限制。正极材料的改进通常是渐进的，而正极技术和创新的最大变革可能源于合成方法的改进。

一些公司如Nano One Materials和6K Energy致力于商业化新的正极材料合成方法。Nano One Materials采用基于溶液的“一锅法”来生产涂层正极材料，与正极制造商Pulead和巴斯夫合作开发。

6K Energy利用微波等离子反应器来生产正极材料，并且能够合成硅负极和固体电解质材料。这些公司致力于提供精简的生产工艺，以提高产能、降低成本，并减少环境影响。通过改进正极材料的合成方法，这些创新公司有望推动正极技术和性能的进一步发展。

固态电解质和新电解质配方

固态电解质备受关注，可以提高电池的安全性。液态电解质系统可以通过添加剂和配方改进。

New Dominion Enterprises正在研发基于磷氮化合物的电解质添加剂和溶剂，以提高液态电解质系统的安全性和性能。但是，许多电动汽车制造商仍将固态电池视为目标，因为它可以显著提高电池的安全性并提供更高的能量密度。

固态电池市场预计在未来几年将增长到80多亿美元。然而，固态电解质系统仍面临一些挑战，如稳定性、循环寿命、可制造性和安全性。因此，不同电解质系统之间的竞争将继续存在。

空间高效的电池组

电池单体组装设计是一种电动汽车电池组设计的关键途径，可以提高能量密度和包装效率。

比亚迪和CATL等汽车和电池制造商都宣布采用了这种设计，可以提高体积利用率并改善电池在车辆中的集成。

这种设计有助于提高能量密度，缓解了便宜的LFP电池的主要缺点，提供了制造更便宜、续航里程更长的电池的途径。然而，这种设计可能会降低可维修性，限制了其在商用车辆中的使用。

更智能的电池管理系统

电池管理系统（BMS）的改进可以在不需要进行材料开发的情况下改善电池性能。Qnovo等公司强调他们的BMS软件和分析可以提高安全性、循环寿命、充电时间和电池可用容量。

通过使用电池使用数据和阻抗测量，他们可以制定电池的物理模型，并优化操作和充电协议。改进的BMS对智能手机、电动工具等终端应用也非常有价值。

OnePlus等公司通过更智能的充电算法和高效的热管理实现了快速充电和更长的寿命。虽然电池的发展涉及多个性能特征的权衡，但BMS的改进可以为所有这些特征提供改进。

总的来说，有许多途径可以改善电池性能和降低成本，而这些途径的组合将推动锂离子电池性能的稳步提升。

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锂电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率和较轻的重量等优点，因此被广泛应用于移动设备、电动车辆、储能系统等领域。

文章分析了锂离子电池容量衰退机理和影响其老化与寿命的因素，包括过充、SEI膜生长与电解液、自放电、活性材料损失、集流体腐蚀等。总结了近年来在电池老化机理方面的研究进展，并介绍老化副反应建模方法。

锂电池老化原因分类与影响1、锂电池老化原因分类锂离子电池老化是受多种因素影响的复杂过程，包括电池组装方式、环境温度、充放电倍率和放电深度等。容量和性能的衰退通常是由多种副反应共同作用的结果，涉及多个物理和化学机制。 在实际的锂离子电池老化过程中，不同组分会发生不同的副反应或相变过程，这些过程对容量衰退有不同的影响。

锂离子电池容量衰退的主要原因包括SEI膜生长、电解液分解、自放电、电极活性材料损失和集流体腐蚀。这些因素在锂离子电池老化过程中相互作用，导致容量衰退。

研究锂离子电池老化机理的挑战在于各种副反应的复杂耦合作用。

2、锂电池老化影响

锂离子电池老化会导致充放电性能下降、可用容量衰减和热稳定性下降等问题。充放电性能下降表现为充电时间延长、放电容量减少，限制了电池的使用时间和续航能力。

可用容量衰减意味着电池能够释放的能量减少，影响了电池的使用寿命。热稳定性下降会增加电池内阻，导致发热量增加，可能引发温度升高和热失控等安全问题。

此外，老化还会增加锂离子电池组内单体之间的不一致性，影响了电池组的整体性能和寿命。

锂电池容量衰退机理

析锂产生的容量衰退影响分析

负极析锂是锂离子电池中重要的老化原因，指的是锂离子从电解液沉积到负极表面的过程。

它导致活性锂离子的损失，降低电池的可用容量和性能。控制和减少负极析锂对于提高电池的寿命和安全性至关重要。

析锂导致不可逆的锂离子存量损失，降低了电池的可用容量。锂枝晶的生长是导致活性锂离子损失的主要原因，如图3所示，影响电池析锂的因素有很多。

一些研究者认为，锂离子在嵌入石墨负极时的速率过慢或传输至负极的速率过快都可能引发析锂现象。

此外，低温条件下工作时，锂离子的扩散速率变缓慢，而负极工作电位与析锂电位非常接近，因此更容易发生析锂。N/P值过小、局部电极极化以及几何不匹配等因素也可能导致析锂的发生。

析锂与电池老化密切相关。在电池内部存在缺陷的情况下，电极析锂更容易发生。随着电池老化，析锂现象加速，成为电池容量下降的主要原因之一。析锂会导致负极孔隙率下降和电解质电位梯度增大，进而加速电池老化。同时，锂沉积导致活性锂离子损失，影响电池性能，如图4所示。

2、SEI膜生长对容量衰退的影响

SEI膜是锂离子电池负极表面形成的一层钝化膜，具有离子导电性且阻止电子通过，将电解液与负极隔开。它的生成是电池在负极/电解质界面处的副反应，会导致不可逆容量损失，并影响电池的倍率、寿命和安全性。SEI膜主要由无机物和有机物组成，对电池而言，其厚度可达100nm以上。SEI膜的生成与锂离子在充放电过程中与负极表面发生的反应有关。不受控制的SEI膜生成会导致活性材料的损失，降低电池容量和增加阻抗。高温和高SOC条件下的SEI膜生成是电池老化的主要原因之一。尽管SEI膜对电池性能有一定负面影响，但稳定的SEI膜可以改善电极材料界面特性，提高电池循环性能。优化化成技术和低温环境有助于形成致密的SEI膜，延缓电池老化过程，提高使用寿命。

1、集流体腐蚀产生的容量损失
集流体是锂离子电池中承载活性物质并汇集输出电流的关键组成部分。常用的集流体材料有铜和铝。铜适合作为负极材料的集流体，但在高电位下容易被氧化。铝在成本、机械强度、导电和导热性能等方面具有优势，通常被认为是最适合作为电池正极集流体的材料之一。 集流体的腐蚀会降低电池的寿命和稳定性。铜集流体在过度放电时容易被氧化，导致溶解和内阻增加。铝集流体的腐蚀相对较少，但稳定性仍有改善空间。水分可以抑制铝集流体腐蚀，但过量水分反而会加速腐蚀。此外，铜集流体的厚度变化和多孔层的增加也会导致内阻的增加。

2、电极活性材料损失产生的容量衰退

锂离子电池充放电过程中，电极材料会发生体积变化，导致机械应力。负极材料脱锂导致体积收缩，正极材料嵌锂导致体积膨胀。

当负极体积收缩大于正极体积膨胀时，电池整体表现为体积收缩，反之则为体积膨胀。高倍率充电时电池持续膨胀，低倍率充电时则在充电初期膨胀，中期收缩，后期再次膨胀。

电极材料的体积变化会产生应力，对负极材料可能会造成损伤。石墨负极在充放电过程中的体积变化不超过10%，但应力仍有可能导致损伤。

正极材料同样会发生形变，如磷酸铁锂材料在充放电过程中体积变化约为6.81%，LiMn2O4和Mn2O4约为6.5%。

相比负极材料，正极材料更容易受到应力的影响。扩散过程会加大锂离子浓度梯度，导致局部体积膨胀，产生扩散诱导应力 (DIS)。当扩散诱导应力超过一定阈值时，正极材料颗粒可能会破裂，导致损伤。如图5所示，这种现象在快速充放电过程中更为明显。

电池热应力主要由内部温度差异和温度变化引起。一些研究通过电池厚度的变化间接表征了温度变化对内部应力的影响，但未对热应力造成的电池损伤进行详细分析。

另一些研究采用仿真建模方法，基于电池内部温度场和热应力场的分布信息，定量分析了热应力的影响因素。

这些研究发现，在电池的几何中心处温度最高，导致该区域发生高温膨胀并受到应力挤压，而侧方区域则受到拉应力的影响。

同时，在侧边中心处可能会出现集中的热应力现象。还有一些研究基于电极材料中锂离子浓度差异引起的扩散诱导应力和电化学循环产生的热应力，分析了充放电过程中体积变化和温度变化对内部应力的影响。

这些研究认为应力与充放电倍率、电池叠层尺寸等参数有关。此外，一些研究指出使用具有负热膨胀系数材料制造的电极可以有效消除由锂离子嵌入和脱出引起的严重膨胀和收缩问题。

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　　当地时间12月5日，美股三大股指涨跌不一，其中道指跌0.22%，标普500指数跌0.06%，纳斯达克指数涨0.31%。

　　美债收益率大跌。美国10月职位空缺数降至两年半新低。本周市场关注周五的非农就业数据，以进一步判断美国利率路径。投资者避免在该数据公布前大举押注。

　　美职位空缺数超预期跌至两年半新低

　　当地时间12月5日，美股三大股指涨跌不一。道指跌79.88点，跌幅为0.22%，报36124.56点；纳指涨44.42点，涨幅为0.31%，报14229.91点；标普500指数跌2.60点，跌幅为0.06%，报4567.18点。

　　周二美国各期国债收益率大幅下跌。美国2年期国债收益率下跌7.5个基点，降至4.583%，盘中最低下跌至4.56%。10年期国债收益率下跌11个基点，降至4.176%，盘中一度下跌至4.163%，创9月1日以来最低水平。30年期国债收益率下降13.7个基点，降至4.3%，创9月15日以来最低水平。

　　上周美股三大股指均录得连续第五周上涨。而在过去一个月，罗素2000小盘股指数上涨了近7%，强化了市场反弹扩大的希望。

　　目前美联储处于12月政策会议前的“缄默期”，这意味着在下周的货币政策会议之前，美联储官员将不再公开发言。尽管最近多位美联储要员发表了鹰派言论，但交易员对美联储明年将开始降息充满信心。

　　经济数据方面，美国劳工部周二报告称，美国10月份的职位空缺数下降至近2年半以来的最低水平，这表明历史上紧张的劳动力市场状况可能正在变得松弛。劳工部的报告显示，美国10月份的职位空缺总数为873万个，较前月减少了61.7万个，降幅为6.6%。这一数字远低于道琼斯估计的940万，也是自2021年3月以来的最低水平。职位空缺的减少，使职位空缺与可雇佣员工的比例降至1.3:1，而就在几个月前，这一水平约为2:1。尽管10月份的职位空缺大幅下降，但总招聘人数仅略有下降，而裁员和离职人数略有上升。辞职被视为衡量工人对换工作和轻松找到另一份工作的能力的信心的指标，这一数据与上月相比也几乎没有变化。

　　随着企业活动和就业增长加快，美国11月服务业增速加快。周二公布的数据显示，11月供应管理协会（ISM）整体服务业指数上升0.9至52.7。该指数今年一直保持在50以上，表明处于扩张状态，并且自疫情开始以来只有一次陷入萎缩。

　　美国劳工统计局周二公布报告显示，美国JOLTs职位空缺在经历连续两个月上涨之后，10月下降至873.3万人，远低于预期的930万人，创下2021年3月以来新低，显示出历来吃紧的劳动力市场可能正在松动。

　　本周数据焦点将是周五的美国非农就业报告，它被视为解读美国经济实力和薪资增长引发通胀风险可能性的关键线索。

　　苹果收涨2.1% 收盘市值重返3万亿美元

　　板块方面，标普500指数十一大板块八跌三涨。能源板块和材料板块分别以1.70%和1.37%的跌幅领跌，科技板块和非必需消费品板块分别以0.82%和0.32%的涨幅领涨。

　　大型科技股涨多跌少。英伟达、苹果涨超2%，亚马逊、特斯拉、谷歌A涨超1%，微软、高通、阿斯麦、奈飞小幅上涨，超威半导体、波音、台积电、Meta小幅下跌，英特尔、甲骨文、博通跌超1%。

　　特斯拉上涨1.33%，成交330.84亿美元。乘联会12月4日发布的数据显示，特斯拉11月销量出现近一年来的最大跌幅。尽管国产Model 3和Model Y车型交付量在11月环比上涨14.3%，但同比下降了17.8%，批发销量降至8.24万辆。这是自2022年12月以来的最大跌幅，彼时特斯拉销量下降了21%。该公司解释称，下降原因是应对库存增加和需求减弱，特斯拉减少了产量并下调了价格。特斯拉在丹麦可能面临一些劳工问题，此前丹麦最大工会的运输工人表示，他们将对这家汽车制造商采取行动。这家电动汽车制造商将把汽车运到丹麦港口，然后用卡车运到瑞典，但丹麦工人联合会表示，码头工人和司机将不会接收和运输特斯拉运往瑞典的汽车，以避免在那里的码头发生罢工。抗议活动预计不会影响特斯拉在丹麦的业务。在此之前，特斯拉在瑞典面临一波罢工浪潮，工会要求提高工资和福利。特斯拉CEO马斯克在X社交平台上发帖称，罢工扰乱了送货，是“疯狂”的。另据报道，马斯克旗下社交平台X（原推特）在美国十几个州获得了支付处理许可。

　　英伟达上涨2.33%，成交167.02亿美元。英伟达公司首席执行官黄仁勋5日表示，英伟达将与日本研究机构和企业合作，协助日本构建人工智能（AI）生态系统。黄仁勋4日与日本首相岸田文雄会面，承诺将优先为日本发展AI技术提供支持。

　　苹果上涨2.11%，股价创4个月新高，成交125.62亿美元，截至收盘，总市值3.01万亿美元。12月5日，苹果公司申请的“心脏监测和管理系统”专利公布。摘要显示，该专利涉及用于确定用户的心脏负荷的系统和方法。此外富士康周二恢复在印度工厂的iPhone生产。

　　另外，据悉苹果寻求扩大在印度的电池生产规模。