基于BERTopic主题模型的锂电池前沿监测及主题分析研究

作者：周洪1,2(), 俞海龙3, 王丽平4, 黄学杰3()  

单位：1. 中国科学院武汉文献情报中心；2. 中国科学院大学经济与管理学院信息资源管理系；3. 中国科学院物理研究所；4. 电子科技大学材料与能源学院

引用：周洪, 俞海龙, 王丽平, 等. 基于BERTopic主题模型的锂电池前沿监测及主题分析研究[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(1): 406-416.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0697

本文亮点：1、运用Bertopic主题模型，对全球锂电池科学论文进行文本分析，构建锂电池研究知识图谱，揭示新兴与热点主题。2、对比Bertopic分析结果，探讨了科学文献监测，为未来研究和文献监测工作提供参考。

摘 要 随着锂电池领域论文数量的激增和研究主题的日益丰富，准确监测该领域的发展趋势和把握最新研究动向变得日益复杂。通过运用大数据和机器学习技术，采用BERTopic主题模型对Web of Science数据库中的18万余篇锂电池论文进行文本分析，绘制了锂电池领域的主题图，识别了新兴研究主题和高被引主题。结果表明，锂电池研究活动正显著加速，锂硫电池、锂枝晶生长抑制、电池回收和金属回收等新兴主题快速发展，而材料研究如二硫化钼纳米材料、氧化铁电极材料则具有显著的高学术影响力。研究还探讨了《锂电池百篇论文点评系列》对当前锂电池研究主题的监测情况，该系列对多数科学技术主题有良好覆盖。本研究为锂电池领域的主题监测提供了新方法，为政策制定和技术研发提供了情报支持，并为“锂电池百篇论文点评”系列的后续研究提供了参考。

关键词 锂电池；BERTopic；新兴主题；高被引主题；前沿监测

科学文献作为知识积累的宝贵资源，对推动科技进步、产业发展乃至整个社会的发展具有重要作用。如何有效地从这些文献中提炼出有价值的知识和见解，进而为科研工作者和产业界服务，已成为广泛关注的议题。一种有效的策略是定期检索和分析论文数据库中的新文献，以捕捉科学前沿的最新动态和趋势。《储能科学与技术》期刊自2012年10月起推出的“锂电池百篇论文点评”系列文章，是采用此策略的一个典型实践。该系列每两月精选并评述100篇与锂电池相关的最新论文，跟踪锂电池领域的最新研究进展，覆盖了正极材料、负极材料、电解质以及电池技术等关键技术领域。该系列工作不仅为锂电池研究领域的专家学者提供了详尽的文献梳理与专业评价，也为产业界和政策制定者提供了有益的参考。

当前，全球研发处于高速发展阶段，科学文献数量呈现爆炸式增长，科学概念也呈现线性扩展趋势。在锂电池这一特定领域，科学文献持续地大规模增长也带来了前所未有的新挑战。一是面对海量的科学文献和不断涌现的新概念或主题，信息的获取和管理已成为一大难题。这要求研究者采取有效的策略来筛选和处理重要文献，以保持对领域最新研究的了解，同时还需避免因信息过载而导致认知负担。二是现有文献点评和梳理工作可能难以全面处理和应对科学文献的爆炸性增长。例如，从“锂电池百篇论文点评”的第一期(2012年10月至11月)仅有824篇新论文发表，到发表在2024年3期的这篇(2023年12月至2024年1月)的6213篇新论文，文献数量指数级的增长无疑加大了文献选择的难度和偏差风险，可能会影响到对科学发展规律和特点的真实、准确反映。三是面对数以万计的科学文献，研究者常用的策略是选择那些较有研究深度和潜在应用价值、高被引、发表在高影响力期刊或由知名专家撰写的论文进行梳理。然而，这种策略可能也会忽略一些同样具有价值的论文或研究主题，形成关注“盲区”，导致部分有价值的研究成果未能得到应有的关注和认可。

随着人工智能技术的快速发展，特别是深度学习和大语言模型，大规模科学文献的综合化和自动化分析逐渐成为可能。这些技术在文本挖掘上的潜力，为从海量文献中提取有价值信息提供了创新的解决方案。在锂电池研究领域，应用这些方法揭示知识体系和趋势，是一个充满前景的研究方向。本文运用大数据和机器学习技术，采用BERTopic主题模型，对全球锂电池相关论文进行了系统性文本分析，构建了一个锂电池研究领域的主题图。研究不仅揭示了新兴研究主题，还追踪了在学术界具有广泛影响力的热点主题，有助于理解锂电池研究的最新进展和趋势，并为数据驱动的决策提供支持。此外，通过将BERTopic分析结果与“锂电池百篇论文点评”系列关注主题进行对比，探讨了科学文献监测与科学文献全局之间的关系，进而为未来的研究和文献监测工作提供参考和支持。

1 研究框架和方法

研究包括以下四个步骤：①数据收集与匹配：构建锂电池检索式，收集论文数据和“锂电池百篇论文点评”系列引用论文，并进行匹配。②主题识别：提取摘要文本，采用BERTopic主题模型进行分析，聚类并识别主要研究主题。③新兴主题和高被引主题识别：结合主题的发文时间平均值、复合年增长率，识别新兴主题；使用箱线图对不同主题的被引次数进行分析，识别高被引主题。④监测主题对比分析：使用“锂电池百篇论文点评”系列文章中各主题出现的论文数量与该主题所有论文数量的比值，评估监测主题的代表性，结合主题的发文时间平均值，分析新兴主题是否得到充分关注。

1.1 数据收集与匹配

本文选择Web of Science数据库，结合关键词和引文主题构建检索式。采用锂电池相关术语，如“lithium*”与“batter*”的组合，以及“lithium-ion batter*”“Li-ion batter*”“Li batter*”和“lithium-ion cell*”等，构建检索式：TS=("lithium*" AND "batter*")OR TS=("lithium-ion batter*" OR "Li-ion batter*" OR "Li batter*" OR "lithium-ion cell*")。同时，还考虑了微观级别的引文主题，如“2.62.138 Lithium-Ion Battery”和“2.62.616 Lithium-Sulfur Batteries”。在文献类型上，选择论文、会议录论文、综述论文和在线发表论文，时间跨度为1990年1月1日至2024年1月31日，得到锂电池相关论文188687篇。在此基础上进行预处理，删去摘要缺失、数据有误的文献，得到186060篇论文构建了锂电池论文数据集。

特别关注了“锂电池百篇论文点评”系列文章中所引用的论文，并将这些参考文献与锂电池论文数据集的结果进行匹配。首先下载该系列在2012年12月1日至2024年1月31日期间发布的66篇论文，并进一步提取了它们所引用的参考文献，共计6589篇。然后，对提取的参考文献进行去重处理，并删去缺失摘要等关键信息的文献。最后，将这些参考文献与收集的锂电池论文数据集的标题进行相似性得分计算，并进行人工对比得到完全匹配的结果。在这一过程中，对锂电池论文数据集进行标引，如果某篇文献被“锂电池百篇论文点评”系列文章引用，则其对应指标“Citation”设置为1，否则为0。最终筛选确定了6020篇论文，并与锂电池论文数据集完全匹配。

1.2 主题识别

本文采用BERTopic主题模型对锂电池领域的文献摘要进行主题识别与挖掘。BERTopic是一种基于预训练模型的主题模型技术，由Maarten Grootendorst于2022年提出。这种方法能够捕捉文献主题信息，可用于客观展示研究领域的宏观面貌，并有助于发现未被充分关注到的主题。步骤如下。

(1)文本嵌入：每篇文献视为一个独立文档，使用Sentence-BERT架构对摘要文本进行向量化处理，使得语义上相近的文档在向量空间中相互靠近。

(2)非线性降维：为了降低高维向量空间的复杂度，采用UMAP(uniform manifold approximation and projection)非线性算法对文档向量进行降维处理，将文档映射到二维空间。

(3)文本聚类：使用HDBSCAN算法对降维后的文档进行主题聚类，将相似的文档归为同一类簇。

(4)主题表示：通过KeyBERT和MMR算法，结合大语言模型和人工判断，选择既能代表主题核心又彼此区分度高的关键词，形成标签作为主题表示。

(5)构建主题图：基于聚类结果和文档信息构建主题图，直观展示文献的相对位置和主题分布。

1.3 主题分析

本文分析论文时间分布和被引次数，识别新兴主题和高被引主题。在时间趋势方面，使用山脊图来观察不同时间各主题的论文发表情况。山脊的高度表示对应主题在特定年份的论文发表密度，通过观察山脊随时间的起伏变化，判断主题论文发表趋势。然后，构建四象限图来识别快速增长的新兴主题，横轴代表每个主题的发文时间平均值，反映主题的新颖性；纵轴表示各主题论文数量从2013年到2023年的复合年增长率(CAGR)。这样，第一象限为快速增长的新兴主题，第二象限为成熟且增长较快的主题，第三象限是成熟但增长趋势减缓的主题，第四象限是较新但增长趋势减缓的主题。

在被引次数方面，使用箱线图对不同主题的被引次数进行了分布特征分析。箱线图包括最小值、第一四分位数(Q)、中位数(Q)、第三四分位数(Q)和最大值。箱体表示被引次数的中间50%分布范围，中位线则代表被引次数的中位数。触须从Q延伸至最小值，以及从Q延伸1.5倍的IQR，超出触须范围的点在本分析中未被特别标记为异常值。箱线图提供了对各主题被引次数的直观理解，展示不同主题的被引分布的差异。

1.4 监测主题对比

在匹配“锂电池百篇论文点评”系列文章的参考文献与锂电池论文数据集的基础上，开展监测主题对比分析。分别计算“锂电池百篇论文点评”系列文章中各主题出现的论文数量与该主题所有论文数量的比值，评估监测主题的代表性。结合主题的发文时间和新兴主题分析结果，评估“锂电池百篇论文点评”系列文章中哪些新兴主题得到较好的关注，而哪些新兴主题的占比较低。

2 锂电池研究主题分析

2.1 论文趋势分析

自1990年以来，锂电池领域相关论文数量呈现显著的增长，可分为3个阶段，如图1所示。研究领域的活跃度逐年攀升，论文发表数量不断刷新纪录。以“锂电池百篇论文点评”系列文章的起始年份2012年为例，当年共发表了5110篇论文，而到了2023年，这一数字激增至20246篇，接近于1990—2008年19年间累计发文总量的20610篇。这一跃升不仅凸显了锂电池研究的快速增长，也反映出该领域在全球科研工作中的日益重要性。

第一阶段(1990—1999年)是初期探索期，论文数量相对较少，例如，1990年仅有18篇论文发表，而到了1999年，论文数量增长至1058篇。这一时期研究关注锂电池概念和技术原理，重视材料的开发和电池的性能测试，以提高电池的性能和安全性。

第二阶段(2000—2010年)是稳步发展期，论文数量显著增加，从2000年的1215篇增长至2010年的2998篇。这一时期的研究领域开始扩展到电池的大规模应用和性能改进，关注提高电池的能量密度、安全性和循环寿命，并深入探索了新的电极材料和先进的电解液配方。便携式电子设备的普及，如笔记本电脑和智能手机，对更高效、更可靠的电池的需求日益增长，这直接推动了锂电池性能的优化和生产技术的改进。此外，电动汽车的初步商业化也为锂电池的研究带来了新的动力，促使研究者致力于制造高能量、高功率的锂电池，降低系统成本并提高使用寿命。

第三阶段(2011年至今)是快速增长期，论文数量呈现出爆炸性的增长，这与电动汽车市场的兴起和可再生能源储能需求的增加密切相关。锂电池领域的研究活动显著加速，研究重点关注提高电池的能量密度、循环寿命和降低成本，不仅在传统的电池材料和化学方面取得了突破，还在电池的系统集成、管理技术、充放电策略上实现了革新。研究者还深入探讨锂电池的电化学机理，开发了更安全、更长寿命的电池系统，如固态锂电池和高镍三元材料电池，以适应高端电动汽车和大规模储能系统的需求。此外，随着全球锂离子电池使用量的不断增加，锂电池回收和二次利用至关重要，在应对材料稀缺、保护自然资源、减少污染等方面发挥着重要作用。

2.2 主题模型分析

使用BERTopic主题模型对186060篇论文进行建模，设定最小集群规模为500篇，得到46个主题，通过KeyBERT和MMR算法提取的主题关键词，结合大语言模型和人工筛选确定了主题标签，构建锂电池领域的主题图，如图2所示。主题图客观反映了18万余篇锂电池论文及其研究主题的分布，它由带颜色的点组成，每个点代表一篇论文，其坐标由UMAP算法将论文的词嵌入向量降至两个维度得到。主题图的横轴和纵轴并无直接解释，可看作是46个主题论文之间相似性的二维展示，距离较近的点表示相应论文在主题上的相似性较高。点的颜色根据HBSCAN算法聚类得到，不同颜色对应不同的主题。主题的标签则放置在与每个主题相关的论文集群的中心，并进行编号，标签字体大小根据主题对应的论文数量进行设置。

主题图是锂电池领域论文知识的高度有序化展示，涵盖了从材料创新、电化学性能研究，到电池设计、应用以及可持续发展等多个关键方向。相关主题的文献紧密聚集，形成了明显的集群。一般来说，面向电池管理和系统的主题位于主题图上方，而电池材料、组件相关研究则集中在主题图下方。更细化的研究领域也可以区分出来，例如电极相关主题在主题图的右下方，电解质相关主题则位于主题图的中间和左部分。

具体来看，电池系统研究和管理相关主题涵盖电池电源管理系统(0. battery power management systems)，相关内容与电池回收和金属回收(10. battery recycling and metal recovery)关联，位于主题图上方。

电池系统从应用领域可分为：动力电池系统和储能电池系统，是确保电池高效管理、安全运行的关键核心技术，在电动汽车和光伏系统等能量存储中发挥着重要作用。在电池系统中主要包括：①动力(或储能)电池及机械总成、高压电气系统、热管理系统；②电池管理系统(BMS)等组成，涉及的专业领域包括电气、电子、信息、软件工程、电磁学、半导体、材料、电化学、化学工程、机械工程、传热学、工程热力学、流体力学等众多学科，技术整合难度和系统集成复杂度非常高。

BMS是电池系统最关键的组件之一，由各种传感器、执行器和控制器组成，包括电池参数检测、状态估计、故障诊断、热管理、充电管理、均衡、通信、数据存储等功能。通过可靠的管理机制与控制算法，估计电池状态(SOC、SOH、SOP、SOE等)，协调整车控制系统(或储能EMS系统)工作，确保电池系统工作在合理的温度和负荷区间内，满足不同应用领域的系统工作要求，也能保证电池系统在整个生命周期内安全、稳定、可靠地工作。为了提高电池的使用效率和寿命，研究人员设计了多种电池管理算法，如卡尔曼滤波器被广泛用于电池荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计，对于预测电池行为、延长电池寿命、防止过充和过放等至关重要，是实现电池电源管理系统智能化和自动化的关键技术。

电池回收和金属回收也是重要研究方向，涵盖了从材料的绿色合成、电池的高效利用到废旧电池的回收与再利用等多个方面，包括锂电池生产、使用到最终的废弃和回收处理，突出了环境持续性和资源循环利用在锂电池产业中的重要性。

“一代材料，一代电池”，材料研究在锂电池研究领域占据重要位置，涵盖数十个主题。其中，电极材料主要集中在主题图的右下角，涉及正极、负极的各个关键组成部分。正极材料是锂电池中至关重要的组成部分，直接影响电池的能量密度和循环稳定性。磷酸铁锂正极材料(7. iron phosphate cathode materials)因其高安全性、循环稳定性和低成本而受到广泛应用，但磷酸铁锂电池在寒冷气候下运行时会受到严重限制。层状氧化锰正极(12. layered manganese oxide cathodes)和尖晶石结构锰氧化物(13. spinel structure manganese oxide)因其高电压平台和成本效益而受到关注。例如Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂作为一类典型的富锂锰基材料，具有极高的比容量(超过250 mAh/g)，它进一步激活了额外的阴离子氧化还原中心，理论容量可达300 mAh/g，远高于现已商业化的正极材料。三元高镍正极材料(11. nickel-rich cathode materials)则因其高能量密度和低成本而备受关注，提高高镍层状氧化物中的镍含量是提高锂离子电池能量密度的有效途径。钴氧化物(20. cobalt oxide electrode materials)和铜氧化物(35. copper oxide electrode materials)因其在提高电池能量密度方面的潜力而被广泛研究。

同样，负极材料对锂离子电池的电化学特性起着至关重要的作用，相关研究同样关键。石墨烯和石墨材料(32. graphene and graphite electrode materials)作为负极材料，以其优异的电导率和稳定性而广泛应用于商业锂离子电池。自锂离子电池问世以来，石墨负极的市场份额已达到98%，但石墨负极的嵌入机理导致理论容量较低，很难通过改变机理来提高石墨的固有容量，这限制了石墨的进一步发展。硅负极(4. silicon anodes)因其储量丰富、比石墨更高的比容量特点，被视为最有希望替代石墨负极的材料，但如何解决严重的体积膨胀问题以及电解质分解产生的不稳定SEI膜造成的不可逆容量损失仍存在挑战。钛酸锂负极(19. lithium titanate anodes)因其零应变和高功率特性而被视为提高电池功率密度的重要材料，但存在负极电池能量密度较低和成本过高等问题。铁氧化物纳米颗粒(28. iron oxide nanoparticles)和二硫化钼纳米材料(17. molybdenum disulfide nanomaterials)等新型材料，因其独特的纳米结构和电化学性能在正负极领域均受到研究者的青睐。MXene(36. 2D MXene materials)作为新兴的二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物，因其丰富的活性表面端子、可调空位和高导电性而受到广泛关注，现阶段被广泛用于锂负极的改性。过渡金属硫化物和硒化物(38. transition metal sulfides and selenides)在电池负极中显示出潜力，然而如何克服过渡金属氧化物材料固有的导电率低、体积膨胀大、速率性能差等问题，仍是目前的重点和难点。此外，电解液溶剂(2. electrolyte solutions)对电池的高低温性能、循环性能及安全性能产生很大影响，通常由一种或多种锂盐与溶剂混合制得，常用锂盐如高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂等，常用溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯等。在过去十几年里，电解液的基本组成未发生明显变化，最新研究集中在开发改进电解液特性的新型组分，提高电解液工作电压、抑制金属锂枝晶生成和提升热稳定性。

在固态电池中固体电解质和金属锂枝晶生长问题是锂电池技术发展中的关键，处于主题图的中间位置。固体电解质(3. solid-state ionic conductors)按照组分可分为3种：氧化物固体电解质、硫化物固体电解质和聚合物固体电解质。其中无机固体电解质如LPS、LGPS、LiPSCl、LLZO、Garnet、LATP等，因其高离子电导率和良好的力学性能而备受关注，这些材料具有良好的热稳定性，有利于克服传统液态电解质的局限性，如易燃性和泄漏问题，同时兼容更多高比能量正负极材料以提供更高的安全性和能量密度。此外，固态电池中枝晶生长(8. dendrite growth in lithium batteries)可能导致电池短路甚至起火，理解和控制枝晶生长对于提高电池安全性至关重要。目前研究认为枝晶生长受到多种因素的影响，包括电解质的组成、电极材料的表面特性以及电池的操作条件等，当前研究关注优化电解质、使用保护层以及提高电池工作条件来抑制枝晶的形成。

聚合物电解质(5. polymer electrolytes)也是一种有机固体电解质，研究起步较早，相关主题位于主题图左边。其中，聚环氧乙烷(PEO)作为主要的聚合物基质，常与锂盐如锂氯酸盐结合以增强离子导电性。固态和凝胶聚合物电解质(6.solid and gel polymer electrolytes)进一步扩展了这一概念，通过结合固态的稳定性和凝胶的高离子电导率，旨在提升电池的安全性和性能。电池隔膜技术(22. battery separator technologies)关注开发新型隔膜材料，如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，这些材料需具备优异的化学稳定性、机械强度和离子导电性，而电纺丝技术制造的纳米纤维隔膜则进一步提高了电池的性能。此外，光学和介电聚合物混合物(27. optical and dielectric polymer blends)，如聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，通过结合纳米复合材料的特性，被用于制造具有特定电学性质的先进隔膜。

此外，还有一些主题与特定电池类型相关，在主题图中形成相对独立的“岛”。例如，锂硫电池(1. lithium-sulfur battery)因其具有理论比能量高、环境友好和成本低的特点，被认为是突破商用锂离子电池比能量限制的有希望的候选技术之一。目前锂硫电池面临的一个主要挑战是“多硫化物穿梭效应”，研究人员开发新型材料来固定多硫化物，并开展电解质、硫正极等改进设计研究，平衡比能量和循环稳定性之间的矛盾。值得注意的是，主题图中还出现了镁电池(30. magnesium rechargeable batteries)、锌电池(34. zinc rechargeable batteries)、钠电池[43. sodium (Na) metal battery chemistry和18. sodium-ion battery chemistry]等主题，尽管这些并不属于锂电池的研究范畴，但因其论文中提到锂离子电池相关内容而被检索到，如锌离子电池替代锂离子电池、钠电池与锂电池的优势对比等。

2.3 新兴主题和高被引主题分析

开展锂电池领域新兴主题和高被引主题分析，跟踪和识别锂电池领域的最新研究方向，揭示被广泛关注和引用的主题，有助于研究人员发现和评估快速发展的领域，特别是在以前不了解论文的情况下识别这些主题。使用山脊图来观察不同年份各主题的论文发表情况，如图3所示，其中序号对应图1中的主题，如0对应电池电源管理系统(0. battery power management systems)。大部分主题的论文呈现增加趋势，如枝晶生长(8. dendrite growth in lithium batteries)、电池回收和金属回收(10. battery recycling and metal recovery)、高镍正极材料(11. nickel-rich cathode materials)、电池隔膜技术(22. battery separator technologies)等主题，近年来的研究发展明显增速。然而，一些主题如磷酸铁锂正极材料(7. iron phosphate cathode Materials)、尖晶石结构锰氧化物(13. spinel structure manganese oxide)、钛酸锂负极(19. lithium titanate anodes)、氧化钴电极材料(20. cobalt oxide electrode materials)等，相关论文数量则呈现出明显的下降趋势，这可能指示这些领域的研究已经进入成熟期，或者新的研究方向正在逐渐取代它们成为研究焦点。

在此基础上，构建主题时间四象限图来识别快速增长的新兴主题，如图4所示。横轴代表每个主题的发文时间平均值，反映主题的新颖性；纵轴表示各主题论文数量从2013年至2023年的复合年增长率。图中点的大小与2013—2023年间发文量的占比的对数成正比，从而反映出各主题的发文量规模。快速增长的新兴主题位于第一象限，如锂硫电池(1. lithium-sulfur battery)、枝晶生长(8. dendrite growth in lithium batteries)、电池回收和金属回收(10. battery recycling and metal recovery)、析氧反应催化剂(26. oxygen evolution reaction catalysts)、MXene(36. 2D MXene materials)、过渡金属硫化物和硒化物(38. transition metal sulfides and selenides)等，这些主题不仅发表时间较新，而且显示出了显著的增长速度，是当前研究需关注的重点方向。第二象限为成熟且增长较快的主题，如电解质溶液(2. electrolyte solutions)。第三象限是较为成熟且增长趋势减缓的研究领域，如磷酸铁锂正极材料(7. iron phosphate cathode materials)、尖晶石结构锰氧化物(13. spinel structure manganese oxide)、薄膜沉积技术(44. thin film deposition techniques)。第四象限是较新但增长趋势减缓的主题，如硅负极(4. silicon anodes)、超级电容器中的碳材料(9. carbon materials for supercapacitors)、电极应力和粒子扩散(16. electrode stress and particle diffusion)、氧化铁电极材料(21. iron oxide electrode materials)等，复合年增长率表明它们的增长势头正在放缓。通过四象限图的分析，能够识别出锂电池领域中具有潜力的新兴主题。由于篇幅限制，本文未对位于第一象限的新兴主题中值得关注的研究方向进行微观剖析。

通过箱线图对锂电池研究主题的被引次数进行分布特征分析，揭示不同主题之间在被引次数上的差异性，为理解各个研究方向的学术影响力提供直观展示，如图5所示。特别的，二硫化钼纳米材料(17. molybdenum disulfide nanomaterials)、氧化铁电极材料(21. iron oxide electrode materials)、氧化钴电极材料(20. cobalt oxide electrode materials)、石墨烯和石墨材料(32. graphene and graphite electrode materials)、MXene(36. 2D MXene materials)等主题表现出整体较高的被引次数，这反映出这些材料类主题在锂电池领域具有显著的学术影响力和广泛的关注。相对而言，电池电源管理系统(0. battery power management systems)、氧化钴锂粉末和薄膜(45. lithium cobalt oxide powders and films)、电池回收和金属回收(10. battery recycling and metal recovery)、电极应力和粒子扩散(16. electrode stress and particle diffusion)、天然和合成碳材料(33. natural and synthetic carbon materials)等相关研究的整体被引次数则相对较低，表明这些领域的研究成果在学术界的影响力相对较小，可能需要更多的关注和研究投入以提升其学术价值和应用潜力。

2.4 监测主题对比分析

梳理“锂电池百篇论文点评”系列文章所引用的论文，将其监测的主题与整个锂电池领域的论文主题进行对比，以更好地了解监测主题在整个锂电池领域论文中的特征。通过构建一个主题对比四象限图来直观地展示两者之间的关系，如图6所示。其中，横轴代表每个主题的发文时间平均值；纵轴表示“锂电池百篇论文点评”系列文章在某个主题中关注的论文数量与该主题所有论文数量的比值，用来衡量监测主题的代表性，这一比值越高，说明对该主题给予更多关注；点的大小根据每个主题的被引次数的中位数设置，可以反映主题的重要性。这种分析有助于理解“锂电池百篇论文点评”系列文章监测主题与现有论文主题的关系，揭示哪些主题正在受到更多的关注，以及哪些主题可能需要更全面跟踪。

第一象限的主题(绿色)，是当前锂电池研究领域的新兴主题，并且在“锂电池百篇论文点评”系列文章中得到了较好的关注。电极黏合剂(42. electrode binders)在电极制备中起着至关重要的作用，影响着电池的整体性能和稳定性，正日益受到关注。枝晶生长(8. dendrite growth in lithium batteries)是锂电池面临的重大挑战之一，相关主题也得到较好监测。原位和在工况成像技术(29. in situ and operando imaging techniques)有助于理解电池循环行为结果以及循环参数和电池演化之间的相关性，特别是X射线技术、中子技术、超声波检测技术、拉曼光谱技术、磁共振技术等在工况实时表征技术，比原位表征技术更具有实时性和非破坏性，日益受到关注。此外，“锂电池百篇论文点评”系列文章中对硅负极(4. silicon anodes)、高镍正极材料(11. nickel-rich cathode materials)、电极应力和粒子扩散(16. electrode stress and particle diffusion)、石墨烯和石墨材料(32. graphene and graphite electrode materials)等一系列新兴主题，也保持了较好的关注。

第二象限则包含了一些较老但仍受到较多关注的主题(蓝色)，如电解质溶液(2. electrolyte solutions)、层状氧化锰正极(12. layered manganese oxide cathodes)。电解质溶液作为电化学系统中的核心组件，其研究的重要性不言而喻，在2020年之前就有较多研究，但近年来的发展可能相对缓慢。层状氧化锰正极具有高容量、低成本等优点，在锂电池正极材料中占据重要地位，但随着高性能电池的需求急剧增加，更需关注高容量层状氧化锰正极材料的突破性研究进展。

第三象限包含了一些较老且在“锂电池百篇论文点评”系列文章中关注较少的主题(黄色)，例如聚合物电解质(5. polymer electrolytes)、天然和合成碳材料(33. natural and synthetic carbon materials)、薄膜沉积技术(44. thin film deposition techniques)、尖晶石结构锰氧化物(13. spinel structure manganese oxide)等。随着时间的推移以及科技的进步，某些技术可能由于创新潜力的制约，突破性工作较少。因而，在“锂电池百篇论文点评”系列文章中，这些领域获得的关注相对较少。这种现象是自然而合理的，研究关注点往往集中在那些能够带来突破性进展和满足未来需求的新兴技术领域上。

第四象限是近年来出现较多的新兴主题(红色)，但在“锂电池百篇论文点评”系列文章中的所占比例较低，尚未得到充分的体现。电池回收和金属回收(10. battery recycling and metal recovery)可以有效缓解原材料短缺问题，欧盟电池法要求2030年锂离子电池回收率达70%，废旧电池回收市场前景广阔，但仍面临回收体系建设等问题。过渡金属硫化物和硒化物(38. transition metal sulfides and selenides)、MXene(36. 2D MXene materials)、MOFs 和 COFs(41. MOFs and COFs)等材料，因其优异的导电性能和力学性能，近年来在电池研究中表现出巨大的潜力。此外，还有一些值得关注的主题，如电池隔膜技术(22. battery separator technologies)、有机氧化还原聚合物(24. organic redox polymers)、析氧反应催化剂(26. oxygen evolution reaction catalysts)、二硫化钼纳米材料(17. molybdenum disulfide nanomaterials)等，是近些年较新的锂电池研究技术和研究方向，但在“锂电池百篇论文点评”系列文章并未得到足够关注。同时，“锂电池百篇论文点评”系列文章对上述主题的关注不足并不一定意味着偏见，例如镁电池(30. magnesium rechargeable batteries)、锌电池(34. zinc rechargeable batteries)这类文章虽然被检索到了,但可能并不属于锂电池关注的领域。

3 结论与展望

本文通过BERTopic主题模型对锂电池相关科学文献进行了文本分析，构建了锂电池领域的主题图，为理解该领域的科学基础和整体趋势提供了宏观视角，并探讨了“锂电池百篇论文点评”系列文章监测主题的特征。本研究不仅是对锂电池领域知识的探索，也是科学文献分析中应用机器学习的前沿尝试，可作为专家知识和见解的补充。研究发现：

（1）锂电池领域的论文数量自1990年以来显著增长，特别是2011年以来论文数量呈现爆发性增长，2023年发文量超2万篇，对客观、全面地监测该领域的发展提出了挑战。

（2）锂电池领域的研究主题涵盖多个研究方向，其中电极材料、电解质相关研究涉及数十个主题，在锂电池研究中占据重要位置，电池管理主题、锂硫电池等特定电池类型主题也开展了大量的研究。

（3）大部分主题的论文数量呈现增加趋势，新兴主题如锂硫电池、锂枝晶生长抑制、电池回收和金属回收等显示出快速增长的趋势，而一些传统主题如磷酸铁锂正极材料、尖晶石结构锰氧化物等论文数量有所下降。二硫化钼纳米材料、氧化铁电极材料、氧化钴电极材料、石墨烯和石墨材料等材料研究被引次数表现较好，则具有更显著的学术影响力。

（4）“锂电池百篇论文点评”系列文章监测涵盖绝大多数主题，并对电极黏结剂、枝晶生长、原位和在工况成像技术、硅负极等新兴主题进行了较好关注，但对MXene、MOFs、COFs等新兴材料，以及电池回收和金属回收等关注不够充分，建议未来可关注相关主题的研究进展。

同时，本文存在一些局限性，例如，一些未被数据库收录的出版物，以及那些与锂电池研究相关但未直接提及锂电池的文献，如能源政策研究等，尚未纳入分析。未来可开展以下探索，提高相关研究的广度和深度。①通过整合更广泛的锂电池科学知识信息，例如锂电池专利技术，以获得更全面的视角，深入理解锂电池技术的创新与发展；②从全文文献中提取更深层次的信息，并运用智能分类技术进行细粒度的分析，揭示文献中隐含的关联和趋势，为锂电池研究提供新的洞见；③围绕主题图中不同主题之间的边界开展跨学科研究识别，结合物理学、化学、材料科学等多个领域的知识，以促进对锂电池综合性问题更全面地理解；④更紧密地结合领域专家的知识和智慧，对特定主题进行深入的微观分析，以增强研究的准确性和实用性,并探索构建一个宏观和微观相结合的文献监测框架和方法，实现更系统、更综合的研究视角，为推动该领域的科学进步和技术创新做出更大的贡献。