锂金属电池

概念定义

锂金属电池（lithium metal batteries，简称 LMBs）是采用金属锂作为阳极材料的新能源电池。其材料体系涉及金属锂或锂合金，并采用非水电解质溶液。与采用石墨阳极的电池路线相比，这类技术以锂金属箔替代石墨阳极，形成不同的阳极与电解质组合。

工作原理与技术构成

锂金属电池的核心构成包括金属锂或锂合金阳极，以及与其配合的非水电解质。其技术路线的关键在于以锂金属箔承担阳极功能，并通过专用电解液改善电池的工作条件。早期技术需要在约 80℃的高温环境下运行，后续采用专用电解液克服了这一温度限制。

锂金属阳极路线也可与固态电池体系结合，形成固态或全固态锂金属电池。2022年9月，哈佛大学开发出一种固态锂金属电池，其公开指标包括3分钟充满以及循环次数超过1万次。全固态锂金属电池的工程化应用曾被列入2022年十大工程技术难题。

技术特点

以锂金属箔替代石墨阳极，可使电池体积缩减50%。这一变化直接作用于阳极材料和电池内部空间配置，是锂金属电池区别于石墨阳极路线的重要特征。与此同时，金属锂体系对电解质及运行条件提出相应要求，因此专用电解液和固态电池路线成为相关技术发展的组成部分。

不同研究机构已从充电时间、循环次数和能量密度等方向推进锂金属电池。除哈佛大学的固态电池成果外，天津大学研制的锂金属软包电池能量密度达到618.2瓦时/公斤。这些成果分别对应固态结构、循环性能和软包电池能量密度等技术方向。

应用场景

锂金属电池可应用于无人机和电动汽车等领域。无人机对电池体积与重量较为敏感，电动汽车则是新能源电池的重要应用方向，锂金属阳极路线因此被用于相关电池研发。其应用形态包括采用非水电解质的锂金属电池、固态锂金属电池及全固态锂金属电池。

技术演进

锂金属电池由 SolidEngergy 公司率先研发，早期方案受高温运行条件限制，随后通过专用电解液改善适用温度。2022年，固态锂金属电池的快速充电与长循环研究取得进展。2026年1月，金羽新能源实现全固态锂金属电池量产，公布的年产能为1.2GWh，标志着相关路线由实验室研发进一步进入规模化生产阶段。