除了億緯鋰能外，寧德時代也在布局鋰金屬電池。4月15日，據國家知識產權局公告，寧德時代取得一項名為“三維復合金屬鋰負極和金屬鋰電池與裝置”的專利。專利摘要顯示，所述復合金屬鋰負極包括金屬鋰顆粒和三維聚合物骨架，其中所述金屬鋰顆粒填充于所述三維聚合物骨架中，所述三維聚合物骨架包括親鋰片段、活性位點和含聚合物的部分。

“鋰金屬負極電池被認為是電池的圣杯，因為它們的容量是商用石墨負極的10倍，可以大大增加電動汽車的行駛距離。”今年年初，美國哈佛大學工程與應用科學學院(SEAS)研究人員在學術期刊上發表了一種新型鋰金屬電池研究成果，可以充放電循環至少6000次，而且可以在幾分鐘內完成充電。

截至目前，除了寧德時代和億緯鋰能外，包括天齊鋰業、SES、太藍新能源、安徽盟維、欣旺達、LG新能源、SK等鋰電池產業鏈企業，以及吉利、上汽、通用、本田、現代等國內外車企也都在積極布局鋰金屬電池。

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技術取得大突破

“面向未來實現400Wh/kg、500Wh/kg的突破，整個正極迭代方向在往高鎳、超高鎳或者富鋰錳的方向發展。負極方向勢必從石墨到硅碳再往鋰金屬方向發展。鋰金屬電池體系可以說是高比能電池技術路線的終極解決方案。”安徽盟維聯合創始人、CEO周莉莎表示。

鋰金屬電池以超高能量密度而著稱，它和鋰離子電池最大的區別在于負極材料。鋰離子電池負極采用的是石墨、硅基材料，而鋰金屬電池則采用“鋰金屬”。業內人士指出，鋰金屬作為負極材料，理論容量高達3860mAh/g，大約為石墨的10倍，與現有鋰離子電池正極體系搭配，能夠使電池能量密度輕松達到400Wh/kg以上。

“鋰是自然界中質量最輕的金屬，所以鋰金屬電池可以在輕量化的同時，實現很高的能量密度。對于電動汽車而言，可以因此大幅提高續航里程。”美國混合鋰金屬電池廠商SES創始人兼CEO胡啟朝表示。不過同時，由于金屬鋰負極的活性極強，因此給鋰金屬電池的安全性帶來更大的挑戰。

事實上，長期以來“負極表面枝晶”是鋰金屬電池商業化面臨的一個巨大障礙。業內人士指出，枝晶的形成發生在充電過程中，鋰離子從正極移動到負極，并通過一種稱為電鍍的過程附著在負極表面。這種電鍍過程會導致負極表面不均勻，為枝晶的形成創造條件。這些枝晶會向電解質生長，刺穿隔膜，導致電池短路甚至起火。

電池中國注意到，寧德時代似乎在解決“鋰金屬電池枝晶”方面取得了突破。“本申請改善了金屬鋰負極在充放電過程中的體積效應，能夠抑制金屬鋰與電解液的副反應;增大了金屬鋰負極的比表面積，引入了親鋰的納米位點，從而能夠引導金屬鋰均勻沉積，可有效抑制鋰枝晶生長;此外，三維骨架包覆活性鋰，可有效抑制傳統方案面臨的SEI膜較脆的風險。”寧德時代在專利申請中描述。

“經過近10年的攻關研究，我們認為采用鋰金屬為負極材料的全固態金屬電池是固態電池的最優發展方向。”寧德時代中國區乘用車解決方案部總裁項延火曾如是表示。他指出，鋰金屬電池技術可從本質提升電池安全性和能量密度，因此寧德時代將持續投入，在關鍵技術和工藝方面與行業同仁共同攻克。

突破枝晶技術的并非只有寧德時代。SEAS發表的論文則顯示，該鋰金屬電池研發團隊通過在負極中使用微米級硅顆粒，成功限制了枝晶的形成。這些硅顆粒能夠約束鋰化反應，促進鋰金屬的均勻電鍍形成厚層。該研究團隊表示，“由于電鍍和剝離過程可以在平坦的表面上快速發生，這種電池可以在約10分鐘內完成充電。”

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商業化應用提速

作為一種能量密度極高的電池技術，鋰金屬電池受到全球眾多企業的重視。2022年2月，SES在紐交所上市，成為全球第一家上市的混合鋰金屬電池企業。電池中國注意到，鋰業巨頭天齊鋰業是該公司重要股東之一。除此之外，SES還吸引了包括吉利、上汽、通用、本田、現代起亞、SK等新能源汽車產業鏈重量級企業的投資。

SES確實實力不凡。去年12月，SES宣布已與一家車企簽署鋰金屬電池B樣品協議，這是全球范圍內鋰金屬電池首次進入B樣品測試階段。據了解，SES曾在2021年發布世界上首個車規級鋰金屬A樣品，能量密度可達417Wh/kg。

根據規劃，SES預計在2024年啟動1GWh的鋰金屬電池量產試點設施，2025年啟動首個10GWh的電池工廠，該電池工廠產能預計在2027年將增加至30GWh。

電池中國注意到，寧德時代“老對手”LG新能源則計劃2028年開發出高體積能量密度的鋰金屬電池，電池體積能量密度能夠達到約1000Wh/L。“為了提高耐久性和循環壽命，我們一直在通過開發穩定的電解質、保護層和先進的材料來提高鋰金屬負極的可逆性。這種鋰金屬電池將適用于高續航里程的電動車和機器人，它們需要在有限的體積內獲得更高的能量。”LG新能源表示。

近期，中國企業方面又傳來好消息。太藍新能源對外宣布，公司成功研發出車規級單體容量120Ah、實測能量密度高達720Wh/kg的超高能量密度體型化全固態鋰金屬電池。業內分析認為，太藍新能源有望在國內率先實現全固態鋰金屬電池的量產裝車，為電動汽車行業帶來顛覆性改變。

除了應用于電動汽車上，鋰金屬電池在電動航空場景中的應用也在加速推進。據了解，盟維科技開發出多種能量型、功率型、循環型鋰金屬電池產品，在多種電動航空場景得到應用。其中，單體級鋰金屬電芯能量密度高達500Wh/kg以上，系統級鋰金屬電池能量密度超過400Wh/kg。