無負極鋰金屬電池：迎來行業首個團體標準

2024年10月8日，中關村標準化協會正式公布了電池行業首個無負極鋰金屬電池團體標準。該標準由中關村標準化協會技術委員會提出并歸口，由金羽新能、北京大學、南方科技大學、中電投融和新能源、華能清潔能源研究院等單位聯合起草。

據介紹，該標準對無負極鋰金屬電池及電池組的術語與定義、測試條件、電性能要求、電氣安全要求、環境安全要求、測試方法、質量評定、標識、包裝、運輸與儲存等內容進行了規范性定義。標準的出臺填補了電池行業在無負極鋰金屬電池管理標準上的空白，發揮了企業、高校在行業中的示范作用，有助于加強無負極電池這一新興品類的監管和規范水平、推動電池行業高質量發展。

什么是無負極鋰金屬電池？

無負極鋰金屬電池是一種新型的電池技術，相對于傳統鋰離子電池，其設計旨在提高能量密度和電池性能。在這種電池中，鋰金屬在充電過程中會沉積在陽極上，而在放電過程中會被消耗掉。

具體來說，鋰的來源可以分為以下幾個方面：

①電解質中的鋰離子：在無負極鋰金屬電池中，電解質中含有鋰鹽（如LiPF₆、LiBF₄等），這些鹽在溶解于溶劑中后會釋放出鋰離子。在電池充電過程中，鋰離子會在負極（通常是銅箔）上沉積，形成鋰金屬層。

②正極材料中的鋰：電池的正極通常是由鋰化合物（如LiCoO₂、LiFePO₄等）構成，這些材料在充放電過程中會釋放和吸收鋰離子。在放電過程中，鋰離子從正極材料中脫出，通過電解質移動到負極，并在負極上沉積形成鋰金屬層。

在充電過程中，鋰離子在負極銅集流體表面與電子結合，沉積一層鋰金屬；在放電過程中，沉積在負極銅集流體上的鋰金屬發生溶解，重新回到正極當中，如此反復。

無負極鋰金屬電池好在哪？

M. Stanley Whittingham在20世紀70年代使用鋰金屬作為負極材料，但由于其容易形成枝晶而存在高安全風險，以及Akira Yoshino在1983年發現的嵌入式負極，鋰金屬負極的商業化失敗，碳基負極材料占據主導地位。

然而，隨著電動汽車的高速發展，對更高功率密度和更快充電速度電池的需求急劇上升，而碳基負極材料很難進一步突破。相比之下，無負極鋰金屬電池取消了金屬電池中的傳統負極組件，有望實現一種突破性的儲能方法。無負極鋰金屬電池與傳統的鋰金屬離子電池相比，具有實現顯著更高能量密度的前景，這種增加的能量密度可以轉化為更持久和更強大的能量存儲解決方案，適用于從消費電子產品到電動汽車的各種應用。

此外，無負極簡化了電池結構，潛在地降低了制造成本，并使這些電池在更大規模制造上更經濟可行，最終不僅可以降低成本，還可以降低制造過程中的能耗，從而減少對環境的影響。

金羽新能無負極鋰金屬電池

作為此次標準的牽頭單位，金羽新能是工信部鋰離子電池安全標準工作組成員、鋰金屬電池行業總規范的制定者，國家十三五科技創新成就展參展企業。

金羽新能由北京大學等高校青年博士團隊創立的科技創新企業，在固態電池研發和產業化領域處于領先地位，為國家“專精特新”小巨人企業、“科創中國”國家固態電池產業化協同創新基地，獲得國電投中電投融和資產、九智資本、北京大學科技成果轉化基金等多輪融資。

在無負極鋰金屬電池領域，今年1月份，金羽新能宣布，在一代鋰金屬電池產品交付客戶的基礎上，開發了二代無負極鋰金屬電池產品。代表型號容量為15Ah，質量能量密度超過420Wh/kg，體積能量密度超過1100Wh/L。

2月18日，金羽新能宣布，公司在已交付首批次無人機用無負極電池商業訂單后，與歐洲某客戶持續開展無負極電池在新場景的應用探索。經過客戶持續測試，產品能量密度（>460Wh/Kg）、體積能量密度、循環穩定性等均達到或超過預期。

8月16日，金羽新能還推出“無際”系列準固態無負極電池。該系列電池通過無負極（無陽極）技術提高了安全性和可制造性，同時減少了生產工序和成本。這種技術還顯著降低了電池的體積和重量，提高了能量密度。此外，通過采用高強度一體化固態電解質復合隔膜和固液界面技術，電池的安全性能得到了提升。

參考來源：

《無負極鋰金屬電池及電池組》中關村標準發布.金羽新能

Anode-free post-Li metal batteries.Mater. Horiz., 2024. (DOI:10.1039/d4mh00529e)

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