中國粉體網(wǎng)訊  使用負極不含鋰金屬的無負極固態(tài)電池對于實現(xiàn)高能量密度至關重要,。其中,，無負極電池的充放電循環(huán)機制主要由固-固界面的電-化學-機械現(xiàn)象控制,，與傳統(tǒng)的鋰過量電池相比存在重要的機制差異,。

無負極固態(tài)電池概述

無負極固態(tài)電池是指電池負極沒有材料作為Li⁺的宿主,。充電時,，Li⁺直接在負極集流體通過電化學沉積的方式儲存；放電時,，Li⁺從負極集流體脫離,，通過電解質(zhì)回到正極,。

傳統(tǒng)鋰過量固態(tài)電池的性能主要由鋰|固態(tài)電解質(zhì)界面的動態(tài)演變所決定。在電池放電過程中,，鋰從界面被移除（剝離）,，如果這一過程發(fā)生得太快以至于無法補充耗盡的鋰，就會形成空洞,，導致界面接觸的喪失和高阻抗,。這種形式的界面接觸喪失發(fā)生在固態(tài)電池中，但在液態(tài)電解質(zhì)電池中不會發(fā)生,。在隨后的充電過程中,，不完美的接觸會誘導鋰的不均勻沉積，空洞周圍的電流集中會導致枝晶和絲狀生長,，穿透固態(tài)電解質(zhì)并導致短路,。

與鋰過量固態(tài)電池一樣，無負極固態(tài)電池的行為主要由界面演變和退化現(xiàn)象決定,。然而,，與鋰過量情況不同，無負極系統(tǒng)對其他因素更為敏感,。例如,，第一次充電期間的鋰沉積由在異質(zhì)集流體（如銅箔）上的成核和生長控制；集流體|固態(tài)電解質(zhì)界面的局部化學-機械環(huán)境可以影響沉積過程的均勻性和鋰的形態(tài),。為了實現(xiàn)高能量密度和長循環(huán)壽命,，無負極電池的庫侖效率應該非常高（>99.95%），系統(tǒng)中沒有多余的鋰來補充任何因副反應而損失的鋰,。這些因素都與無負極固態(tài)電池中的基本電-化學-機械現(xiàn)象有關,。

影響無負極固態(tài)電池中鋰初始沉積的因素

固態(tài)電解質(zhì)與集流體界面處的化學-機械相互作用影響鋰的初始成核和隨后的生長行為，這反過來又影響后續(xù)的循環(huán)穩(wěn)定性,。該界面處的約束產(chǎn)生的機械應力可以導致鋰的塑性變形,，影響鋰形態(tài)的演變。

在無負極固態(tài)電池中,，負極集流體與固態(tài)電解質(zhì)之間的接觸形成和粘附力對鋰的成核和生長至關重要,，不同固態(tài)電解質(zhì)的機械性能決定了界面形成所需的方法。

鋰沉積過程中界面應力的演變會影響多種現(xiàn)象,，如界面剝離,、集流體變形或斷裂、固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)裂紋擴展等,，成核行為影響鋰的微觀結構,，電流密度,、溫度等因素會影響成核密度和晶粒尺寸,，進而影響沉積層均勻性,。

堆疊壓力對鋰的機械蠕變有促進作用，但非均勻堆疊壓力可能導致鋰的非均勻成核和生長,，以及固態(tài)電解質(zhì)的斷裂,。

集流體的厚度也會影響鋰的生長，薄集流體易發(fā)生機械故障,，較厚集流體有助于鋰沉積物的橫向生長,，但會增加電池質(zhì)量和體積。

成核鋰與集流體界面處的熱力學,、粘附和潤濕行為會影響鋰的生長,，鋰在銅上的沉積層不均勻可能會降低庫侖效率并促進鋰枝晶的形成，鋰與各種界面相成分或異質(zhì)集流體之間的粘附可能會影響接觸損失動力學和鋰形態(tài)的演變,。

影響無負極固態(tài)電池充放電循環(huán)行為的因素

無負極固態(tài)電池在循環(huán)過程中必須保持高庫侖效率,，這是液態(tài)電解質(zhì)和無負極固態(tài)電池的共同要求。由于負極沒有多余的鋰,，因此需要高平均庫侖效率（>99.95%以實現(xiàn)1000次循環(huán)）,，其在界面生長或非活性鋰形成而損失的鋰都代表了容量的損失。

鋰過量電池的庫侖效率通常低于鋰離子電池,，特別是對于基于液態(tài)電解質(zhì)的鋰金屬電池,，鋰與液體電解質(zhì)的持續(xù)副反應導致庫侖效率通常<99.6%。固態(tài)電池提供了一條潛在的提高庫侖效率的途徑,，固態(tài)電解質(zhì)相比液態(tài)電解質(zhì)顯示出增強的化學穩(wěn)定性,。此外，如果能夠控制鋰形態(tài)的演變,，那么在循環(huán)過程中可能會實現(xiàn)更高的庫侖效率,。

無負極鋰金屬電池團體標準問世

2024年10月8日，中關村標準化協(xié)會正式公布了電池行業(yè)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(xié)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(lián)合起草,。

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(huán)境安全要求、測試方法,、質(zhì)量評定,、標識,、包裝、運輸與儲存等內(nèi)容進行了規(guī)范性定義,。標準的出臺填補了電池行業(yè)在無負極鋰金屬電池管理標準上的空白,，發(fā)揮了企業(yè)、高校在行業(yè)中的示范作用,，有助于加強無負極電池這一新興品類的監(jiān)管和規(guī)范水平,、推動電池行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

無負極固態(tài)電池進展實例

2024年1月,，大眾集團子公司PowerCo的發(fā)布公告稱,，PowerCo通過親手實驗證實，QuantumScape的無負極固態(tài)電池樣本,，能夠做到充放電1000次,，且在測試完成時電池“幾乎沒有老化”，仍保持95%的容量（放電能量保持率）,。

2024年8月,，美國公司ION Storage Systems（ION）宣布成功開發(fā)出“無陽極固態(tài)電池”。該電池在無加壓狀態(tài)下完成了800次充放電循環(huán),，可望商業(yè)化和量產(chǎn),。

2024年8月，金羽新能推出“無際”系列準固態(tài)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(chǎn)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,。

小結

盡管無負極固態(tài)電池研發(fā)尚處于早期階段，但已引發(fā)全球科研團隊與企業(yè)的高度關注,。目前,，其面臨著諸多挑戰(zhàn)，如鋰金屬沉積不均勻易導致短路,，電極與電解質(zhì)界面穩(wěn)定性差影響電池壽命等,。但科研人員正從材料創(chuàng)新、結構優(yōu)化等多方向發(fā)力,。隨著技術瓶頸的突破,，無負極固態(tài)電池有望重塑能源存儲格局，為新能源汽車,、便攜電子設備等領域帶來革命性變革,。

參考來源：

孫培凇等.無負極鋰金屬電池的挑戰(zhàn)與發(fā)展

做好無負極電池，這幾點必須關注.能源學人

無負極固態(tài)電池或成2024年第一匹黑馬.電腦報

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）

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