无负极电池技术概述 - 无负极电池负极集流体表面不预置活性材料，锂离子从正极脱出后直接在集流体表面沉积与剥离，区别于传统石墨和锂金属电池 [2] - 技术优势：更高能量密度（650Wh/kg质量能量密度、1300Wh/L体积能量密度）与更低成本（简化制备流程）[5][6] - 核心问题：锂枝晶生长（导致短路）和SEI膜破裂重组（消耗活性锂）[9][10] - 解决方案：集流体改性、电解液优化、人工SEI膜构建及补锂技术引入 [16] 技术优势 - 能量密度提升：金属锂理论比容量3860mAh/g，放电电压平台-3.04V，显著高于传统锂离子电池 [5] - 轻量化与小型化：相比金属锂电池（500Wh/kg、1200Wh/L），无负极电池减重减厚 [5] - 成本降低：减少金属锂用量，简化生产流程 [6] 技术挑战 - 锂枝晶问题：锂沉积不均匀导致枝晶生长，可能刺破电解质膜引发短路 [9] - SEI膜稳定性：金属锂还原性强，与电解质反应生成的SEI膜易破裂重组，消耗活性锂 [10] 解决方案 - 集流体改性： - 三维多孔结构（如比亚迪专利中40-60wt%孔隙率）增加比表面积，优化电流密度分布 [17][30] - 亲锂性表面修饰（掺杂锂、钠、镁等元素）降低成核势垒，引导锂离子均匀沉积 [18][30] - 电解液优化：高浓度电解液或固态电解质减少副反应 [16] - 人工SEI膜：构建稳定界面层提升离子电导率，抑制副反应 [16] - 补锂技术：提升首次库伦效率，缓解死锂问题 [16] 产业进展 - 宁德时代： - "自生成负极"技术使体积能量密度提升60%、质量能量密度提升50% [25] - 纳米级界面层提升离子传导速度100倍，锂沉积粒径增大10倍，副反应消耗降低85% [25] - 比亚迪： - 多孔海绵状集流体设计，亲锂性梯度增强，优先引导锂离子底部沉积 [30] - 专利实施例显示无枝晶沉积（对照例存在枝晶问题）[29][30] 图表数据 - 无负极电池体积占比示意图显示厚度优化（145µm vs 175µm传统电池）[7][8] - 锂枝晶形成三阶段：SEI膜不均→成核→枝晶穿透 [13] - 宁德时代技术参数：离子消耗速率降低90%，存储性能提升300% [25]