锂金属电池 – 潜力巨大，应用期望不只在汽车

上个月在北京亦庄参加由盟维科技（Monta Vista）与中国汽车工程学会联合主办的2026锂金属电池前沿论坛，学习了该技术路线最新的进展，有不少收获，在这里和大家分享一下。  

  锂金属电池目前发展到什么技术水平了？    

在过去几年，锂金属电池的技术水平已经有了长足的进步。我记得3年前左右 ，可能大家也就是有一个400Wh/kg左右的样品，安时数也小，而且循环寿命也不是太理想。  

而在这次会议中，总结一下学界/工业界的技术水平，基本可以发现：400Wh/kg的电芯已经有很多有很长的寿命了（比如盟维的1000+循环），500Wh/kg电芯可以有150~200+，而且更高能量密度的700+Wh/kg样品都已经有了（在盟维、尉海军老师的介绍资料等地都能看见）。从以上的KPI不难看出，更高能量密度的指标都可以逐渐实现，当然相应的循环寿命会打一些折扣，这与我们理解的高比能体系的一些本征挑战是吻合的。  

摘自盟维科技创始人周莉莎的报告  

摘自北京工业大学尉海军教授的报告

摘自华中科技大学黄云辉教授的报告

摘自南京大学周豪慎教授的报告  

但是不得不说，技术水平的进步还是非常快的：大量的400~500Wh/kg 产品已经具有一定的成熟度，循环寿命也比以前进步明显的多，在尤其是EVTOL等非车用领域应该已经可以期待能尽早的打开应用市场了。 

基于主要哪些改性途径实现的性能提升？  

基于笔者的工作经验，在这一块电池生产的企业不会告诉你太详细的内容，但是基于学术界和设备企业在这次会议中的介绍，我们也可以有一个大概的总结和推断。  

电解液工程  

氟代溶剂：氟化后溶剂配位能力减弱，更多阴离子进入溶剂化鞘层，形成相对富阴离子的溶剂化结构，阴离子主导分解更容易形成LiF/Li3N/Li2S的SEI，这些组分是我们更希望的SEI组分（要更“结实”一些），这一类的富氟的SEI / CEI对于保护材料界面减少副反应，支持高压正极应用（高比能体系要靠正极负极匹配）来说至关重要。 而且氟会将分子链上的电子云吸引过去，使得分子不容易失电子，表现为抗氧化性提升；这个设计会同时让分子更容易得电子，表现为还原电位提升——这一点正好在锂金属里是需要的，因为需要氟代溶剂优先成膜阻止电子隧穿。氟代溶剂/氟化优化的方向在业内早有大量的工作，比如去年张强老师的工作用氟化聚醚支持了600Wh/kg的达成。另外，西安交通大学薛伟江老师课题组开发的一系列氟磺酰胺溶剂分子在锂金属电池上也表现出了很高的锂金属库伦效率、高电压稳定性和经济性。该体系的优点自然主要就是高压兼容，化学稳定，可以支持致密均匀柱状的锂金属沉积；但是缺点在于氟化带来的高成本+环保合规挑战，以及在低温+黏度方面的动力学问题（似乎充电方面总是不太清楚性能，当然在放电方面只要不是太低的温度，锂电池一般倒是都还可以）。  

摘自南京大学周豪慎教授的报告  

氯代醚溶剂：主要是利用氯的位阻 + 吸电子效应对传统醚进行改性，有效改善传统醚电解液氧化电压耐受偏低的问题，促进阴离子成膜 （LiF/LiCl），从而解决锂容易粉化的问题。在这次会议中，南京大学周豪慎老师展示的 510 Wh/kg 研究型软包就是用这个体系的电解液支持的。该体系展现了高比能潜力、在贫液方面表现突出。不过如果进一步实用化，可能要在腐蚀、材料兼容和长期稳定性方面再做一些工作，以及氯毕竟比氟“劲小”，优化效果可能也不及氟。相比来说，该方向是电解液优化方面中成熟度较低的。  

弱溶剂化/局部高浓度电解液：使用电解液体系削弱 Li⁺溶剂作用，促进阴离子衍生成膜。在这方面学术研究成果不少，好处是：兼顾界面稳定与黏度/成本优化，挑战在于：盐/稀释剂纯度的要求，制造窗口敏感以及使用温度窗口敏感（宽温域有挑战：高温存储产气、低温盐析可能是问题，但不排除大家优化配方之后会解决）。     

摘自复旦大学董晓丽教授的报告     

摘自南京大学周豪慎教授的报告  

SEI/CEI 界面工程 优化  

LiF-rich——行业内一直以来都有不少工作都在介绍富LiF的SEI，该体系具有高模量、高界面能、电子绝缘、对锂可导通的优点，可以帮助诱导均匀沉积；比如刚才我说的用各种含氟电解液的工作。以及还比如这次会议中，王青松老师的工作就介绍了利用SnF₂ 原位反应形成 LiF 与 Li-Sn 双相界面，目标是均匀沉积、降低极化并缓解应力。该路线的一大优点就是与现有液态体系兼容；材料用量较小；对沉积形貌、阻抗和正极副反应均可产生直接影响。当然SEI 在反复体积变化中仍可能开裂并持续消耗锂与电解液，以及有效性高度依赖界面均匀性和工艺窗口。其实该技术的最大优点就在于：基本和传统电池的改性/工艺路线高度相似（调电解液，改化成工艺什么），所以导入起来没什么大困难，相应的成熟度也是比较高的。 

摘自中科大王青松教授的报告     

此外像添加稳定剂/添加剂也是已经比较成熟的方向了，像锂硝酸盐(LiNO3),在锂金属表面形成一层致密的氮化锂（也有人说是富氧的界面层），可以有效地抑制枝晶生长，只是可能基于牺牲机理，用光后就没法再起作用了。  

以及用锂盐高分子预涂表面处理也是主要的改性路线，这可以防止电子漏出，抑制不想要的锂损失反应，不过对于工程精度的挑战大些——其可调控空间受限于制备工艺能达到的均匀性、厚度控制与成本边界（怎么均匀的涂薄，保证保护效果？）。  

结构化锂负极(3D/复合锂/无负极)  

传统的锂金属中，因为枝晶等效应，容易局部电流集中 → 尖端沉积 / 空洞 / 死锂。而如果把锂负极进行结构处理，增加3D骨架（通过模板法、电沉积等方式 制备多孔锂金属或锂合金使用铜或镍泡沫作为底底），可以形成诱导容纳成核沉积区，并在沉积锂的过程中降低局部电流密度，缓冲体积变化，从而缓解厚度变化及界面接触波动（宏观的膨胀+微观的界面接触劣化对于锂金属/固态等体系是真要命的东西）。主要问题则是：骨架会增加非活性质量和体积（得算清代价和收益）；浸润、压实和连续复合工艺复杂，在工艺上是否好控制，重复性如何，都需要仔细研究。     

摘自吉阳智能的报告     

摘自厦门大学孙世刚教授的报告  

超薄锂制造  

超薄锂制造，也是这次会议中重点介绍的一个方向。要把锂金属电池做高能量密度，降低成本，肯定目标是要降低锂过量，如果能使用 3–12 μm 超薄锂就可以让生产更为高效化。此外卷对卷亲锂化/表面修饰也很重要——卷对卷意味着连续生产，表面修饰则意味着改善界面与提高稳定性。还有一个：原位固化与在线缺陷检测也是重点方向，因为对于传统锂电来说，控制缺陷，改善工艺都很重要，对于锂金属电池的生产就更是如此了（吉阳智能的报告非常值得一看）。  

摘自吉阳智能的报告  

固态 / 聚合物电解质

        这次会议中感觉固态相关的内容不是太多。其实固态电池（电解质）配锂金属倒不是什么太稀奇的方向，大家都期望用固态电解质可以实现阻挡锂枝晶生长，从而达成高比能组分配合的新一代电池设计的愿景。通过液态前驱体原位聚合，有可能从根本上解决固-固接触不良问题，形成致密无缺陷的电极/电解质界面；其核心挑战在于前驱体材料的活性调控与固化工艺的精准优化。此外，从生产上来说，目前的高分子前驱体活性偏高，如何开发出可以稳定、均匀的量产的原位固化工艺，就比较重要了。  

但是实际上有相当多的学术论文已经指出：析出锂金属尖端的应力/蠕变对于固态电解质是很有考验的，能不能达成避免内短路（尤其是循环后）真不好说，另外聚合物电解质似乎也还和硫系一样，常面临着常温电导不佳、高低压一头甚至是两头稳定性不良的问题。  

或者说，没准固态会影响我们达成高比能，那又何苦非要做固态呢？  

锂金属电池向哪里去？  

其实对于电动化来说，本来就不只是电动汽车一个领域。不管是这两年爆火的储能，还是船舶，再到现在最新兴起的机器人和EVTOL，都对于电池有着旺盛的需求以及很广阔的前景。     

摘自上个月在北京举办的中国电子信息产业发展研究院（赛迪研究院）产业政策研究所王昊的报告  

而且最有意思的在于，不同领域对于电池的性能期望要求也不同，很多对于车用不合适的路线，换个赛道也许就能展现前景。比如我的循环300左右，车用是不合适，换到无人机上，是不是就合理了呢？比如钴酸锂做高体积比能，车上不会有人用（太贵），但是一直就是手机上的最核心体系。以及锰酸锂，在车用上在艰难复兴中，但是各种混掺体系不是已经在两轮领域中各种大放光彩了。  

所以也期望着其它领域的电动化快速发展，为我们的电池产业带来更多的增量空间，大家共同发展，让新质生产力的赛道更加繁荣。  

感谢盟维科技主办的这次会议，期待明年行业更多进展。