比亚迪无负极锂金属电池新专利，循环寿命提升1.8 倍！

锂金属电池凭借其超高的能量密度，在消费电子和电动汽车等领域展现出广阔的应用前景。然而，传统锂金属电池使用锂箔作为负极，不仅成本高昂，而且在制造过程中存在一定的安全风险。在此背景下，无负极锂金属电池应运而生，其仅使用集流体作为负极材料，理论上能够实现更高的能量密度并降低成本。但锂在集流体上的沉积问题一直是限制无负极锂金属电池发展的关键因素。

锂在集流体上不均匀沉积，容易产生死锂和锂枝晶。这些问题会导致电池循环寿命缩短，并且可能引发短路、热失控等安全隐患。例如，部分现有技术中，金属锂会在集流体表面优先沉积，堵塞孔洞，进而形成锂枝晶，影响电池性能。

近日，比亚迪的一件无负极锂金属电池专利获得公开，提出了一种创新的集流体来解决此问题。

专利提出的解决方案

在专利中，比亚迪提供了一种包含亲锂性金属元素（如锂、钠、镁、铝等）和惰性金属元素（如金、银、铂、钛等）创新的集流体，具有多孔海绵状体结构，厚度为10 - 100μm，孔隙率为30% - 80%。

其独特之处在于，从集流体的一面到另一面，亲锂性逐渐增加，孔的孔径逐渐减小。

结构特点：该集流体的多孔结构由相互连接的韧带（由惰性金属元素富集而成）和相互串通的孔洞（由亲锂性金属元素溶解或析出形成）构成，形成双连续分布结构。从集流体的一面到另一面，韧带平均尺寸从0.1 - 10μm逐渐递减至10 - 200nm。这种结构有利于电解液的浸润，提高离子/电子导电率，保证电池内部的电化学一致性；同时，韧带和孔洞的曲折度能够增加比表面积，降低锂沉积过程中的实际电流密度，从而缓解锂枝晶的生长。

制备方法：采用腐蚀溶液（如盐酸和氯化铵混合液，摩尔比1:(3 - 6)）沿合金箔（如黄铜箔）厚度方向单面腐蚀渗透，腐蚀方式可选择化学脱合金法中的单面刻蚀法，刻蚀温度控制在50 - 200℃（优选80 - 120℃），刻蚀时间为8 - 120h（优选24 - 48h），然后经过清洗、干燥等处理步骤，最终得到集流体。

电池应用：将该集流体应用于无负极锂金属电池，电池还包括嵌锂态正极材料（如LiNi_0.80Co_0.10Mn_0.10O_2等）、正极集流体、隔膜和电解液。

方案效果

1.有序沉积：集流体的亲锂性梯度促使锂离子优先在底部沉积，实现自下而上的生长方式，有效避免了枝晶的产生。孔径梯度则使得内部小孔引导锂离子致密沉积，而表面大孔保证离子快速传输，提高了电池的充放电效率。

2.性能提升

a.循环寿命延长：实验数据表明，使用新型集流体的电池循环寿命明显提高。例如，实施例1中组装的电池S1，80%剩余容量对应的循环次数可达96次；相比之下，对比例1中使用普通铜箔作为集流体的电池DS1，循环次数仅为34次，新型集流体使电池循环寿命提升近两倍。

b.容量保持率提高：实施例中的电池首次放电克容量较高，且在循环过程中容量衰减速度较慢。如实施例2的S2首次放电克容量为193.9mAh/g，经过多次循环后，仍能保持相对较高的容量，显示出良好的容量保持性能。

c.安全性能增强：从电池循环结束后负极厚度变化率来看，新型集流体显著提高了电池的安全性能。对比例1的DS1负极厚度变化率高达35.3%，这可能导致电池在使用过程中出现鼓包等安全问题；而实施例4的S4负极厚度变化率仅为9.2%，变化较小，有效降低了电池因负极膨胀而引发安全问题的风险。

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