400Wh/kg起步！锂金属电池“大突破”

“亿纬锂能布局的下一代电池技术路线包括固态电池、锂金属电池等。我们一直是全球用金属锂最大的公司，锂金属电池我们当仁不让。”亿纬锂能董事长刘金成在今年年初如是表示。据悉，亿纬的锂金属电池已经做到450Wh/kg的能量密度，循环寿命800多次，在一些特殊而较有前景的应用场景得到应用。

除了亿纬锂能外，宁德时代也在布局锂金属电池。4月15日，据国家知识产权局公告，宁德时代取得一项名为“三维复合金属锂负极和金属锂电池与装置”的专利。专利摘要显示，所述复合金属锂负极包括金属锂颗粒和三维聚合物骨架，其中所述金属锂颗粒填充于所述三维聚合物骨架中，所述三维聚合物骨架包括亲锂片段、活性位点和含聚合物的部分。

“锂金属负极电池被认为是电池的圣杯，因为它们的容量是商用石墨负极的10倍，可以大大增加电动汽车的行驶距离。”今年年初，美国哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)研究人员在学术期刊上发表了一种新型锂金属电池研究成果，可以充放电循环至少6000次，而且可以在几分钟内完成充电。

截至目前，除了宁德时代和亿纬锂能外，包括天齐锂业、SES、太蓝新能源、安徽盟维、欣旺达、LG新能源、SK等锂电池产业链企业，以及吉利、上汽、通用、本田、现代等国内外车企也都在积极布局锂金属电池。

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技术取得大突破

“面向未来实现400Wh/kg、500Wh/kg的突破，整个正极迭代方向在往高镍、超高镍或者富锂锰的方向发展。负极方向势必从石墨到硅碳再往锂金属方向发展。锂金属电池体系可以说是高比能电池技术路线的终极解决方案。”安徽盟维联合创始人、CEO周莉莎表示。

锂金属电池以超高能量密度而著称，它和锂离子电池最大的区别在于负极材料。锂离子电池负极采用的是石墨、硅基材料，而锂金属电池则采用“锂金属”。业内人士指出，锂金属作为负极材料，理论容量高达3860mAh/g，大约为石墨的10倍，与现有锂离子电池正极体系搭配，能够使电池能量密度轻松达到400Wh/kg以上。

“锂是自然界中质量最轻的金属，所以锂金属电池可以在轻量化的同时，实现很高的能量密度。对于电动汽车而言，可以因此大幅提高续航里程。”美国混合锂金属电池厂商SES创始人兼CEO胡启朝表示。不过同时，由于金属锂负极的活性极强，因此给锂金属电池的安全性带来更大的挑战。

事实上，长期以来“负极表面枝晶”是锂金属电池商业化面临的一个巨大障碍。业内人士指出，枝晶的形成发生在充电过程中，锂离子从正极移动到负极，并通过一种称为电镀的过程附着在负极表面。这种电镀过程会导致负极表面不均匀，为枝晶的形成创造条件。这些枝晶会向电解质生长，刺穿隔膜，导致电池短路甚至起火。

电池中国注意到，宁德时代似乎在解决“锂金属电池枝晶”方面取得了突破。“本申请改善了金属锂负极在充放电过程中的体积效应，能够抑制金属锂与电解液的副反应;增大了金属锂负极的比表面积，引入了亲锂的纳米位点，从而能够引导金属锂均匀沉积，可有效抑制锂枝晶生长;此外，三维骨架包覆活性锂，可有效抑制传统方案面临的SEI膜较脆的风险。”宁德时代在专利申请中描述。

“经过近10年的攻关研究，我们认为采用锂金属为负极材料的全固态金属电池是固态电池的最优发展方向。”宁德时代中国区乘用车解决方案部总裁项延火曾如是表示。他指出，锂金属电池技术可从本质提升电池安全性和能量密度，因此宁德时代将持续投入，在关键技术和工艺方面与行业同仁共同攻克。

突破枝晶技术的并非只有宁德时代。SEAS发表的论文则显示，该锂金属电池研发团队通过在负极中使用微米级硅颗粒，成功限制了枝晶的形成。这些硅颗粒能够约束锂化反应，促进锂金属的均匀电镀形成厚层。该研究团队表示，“由于电镀和剥离过程可以在平坦的表面上快速发生，这种电池可以在约10分钟内完成充电。”

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商业化应用提速

作为一种能量密度极高的电池技术，锂金属电池受到全球众多企业的重视。2022年2月，SES在纽交所上市，成为全球第一家上市的混合锂金属电池企业。电池中国注意到，锂业巨头天齐锂业是该公司重要股东之一。除此之外，SES还吸引了包括吉利、上汽、通用、本田、现代起亚、SK等新能源汽车产业链重量级企业的投资。

SES确实实力不凡。去年12月，SES宣布已与一家车企签署锂金属电池B样品协议，这是全球范围内锂金属电池首次进入B样品测试阶段。据了解，SES曾在2021年发布世界上首个车规级锂金属A样品，能量密度可达417Wh/kg。

根据规划，SES预计在2024年启动1GWh的锂金属电池量产试点设施，2025年启动首个10GWh的电池工厂，该电池工厂产能预计在2027年将增加至30GWh。

电池中国注意到，宁德时代“老对手”LG新能源则计划2028年开发出高体积能量密度的锂金属电池，电池体积能量密度能够达到约1000Wh/L。“为了提高耐久性和循环寿命，我们一直在通过开发稳定的电解质、保护层和先进的材料来提高锂金属负极的可逆性。这种锂金属电池将适用于高续航里程的电动车和机器人，它们需要在有限的体积内获得更高的能量。”LG新能源表示。

近期，中国企业方面又传来好消息。太蓝新能源对外宣布，公司成功研发出车规级单体容量120Ah、实测能量密度高达720Wh/kg的超高能量密度体型化全固态锂金属电池。业内分析认为，太蓝新能源有望在国内率先实现全固态锂金属电池的量产装车，为电动汽车行业带来颠覆性改变。

除了应用于电动汽车上，锂金属电池在电动航空场景中的应用也在加速推进。据了解，盟维科技开发出多种能量型、功率型、循环型锂金属电池产品，在多种电动航空场景得到应用。其中，单体级锂金属电芯能量密度高达500Wh/kg以上，系统级锂金属电池能量密度超过400Wh/kg。