高比能锂金属二次电池上的最新进展

摘要

亿纬锂能采取新型的金属锂来料方式、新设备开发、参数优化等策略，实现了自动模切以及半自动叠片，金属锂二次电池叠片时间仅需1.7分钟，并在锂硫电池的开发上进行了验证。

随着电动汽车和各类电子产品的广泛应用，对能量密度的要求越来越高。金属锂由于具有高比容量（3860mAh/g），成为提高电池能量密度的首选负极材料。

然而锂金属二次电池距离实现商业化应用还有较大距离，这不仅是因为电池在循环过程中，金属锂溶解-沉积不均匀产生的锂枝晶严重影响了电池的循环和安全性；同时，如何突破锂金属二次电池自动化生产的工艺工程等技术问题还未得到重视。

在近日举行的第38届国际电池研讨会上，亿纬锂能研究院先进电池研究所彭燕秋介绍了其在高比能锂金属二次电池上的最新进展。

彭燕秋介绍，近年来，亿纬锂能研究院先进电池研究所专注于金属锂电池的研究。通过系统地分析各关键工艺以及相关设备的原理，采取新型的金属锂来料方式、新设备开发、参数优化等策略，实现了自动模切以及半自动叠片，金属锂二次电池叠片时间仅需1.7分钟，并在锂硫电池的开发上进行了验证。

后续，亿纬锂能将通过模切-叠片一体化设备的开发，实现全自动叠片工艺，为高比能金属锂二次电池提供可靠的技术支撑。

这是如何实现的呢？高工锂电发现，亿纬锂能在2020年5月公布了“金属锂电池”专利，2020年10月公布“一种刀模及其裁切金属锂极片的方法和电池”专利。（公布号：CN111193076A；CN111760962A）

在生产过程中，金属锂质地较软，金属锂薄片在加工成电极片过程中极易发生粘连，不仅不易分片，而且还容易粘连在加工刀模上，严重制约了金属锂极片的规模化生产。

为解决该问题，如下图，亿纬锂能提供的刀模包括：

（刀模的立体结构示意图）

（1）底板：底板的一侧用于连接于动力输出端；

（2）刀片：刀片设置为环形刀片，刀片的一端连接于底板远离动力输出端的一侧；

（3）缓冲层：缓冲层连接于底板远离动力输出端的一侧，缓冲层用于缓冲底板对金属锂薄片的挤压；

（4）弹性件：弹性件连接于底板上，且弹性件位于底板和缓冲层中间，弹性件能够将金属锂薄片从缓冲层上推开。

（刀模裁切金属锂极片的方法的流程图）

通过上述结构和方法，该刀模在加工金属锂极片时能够避免金属锂极片粘连，有利于金属锂极片的快速、规模化生产。

高工锂电了解到，针对叠片式锂电池，亿纬锂能提供的金属锂电池包括电芯及负极极耳，所述电芯包括负极片单体、正极片单体及隔膜片，所述负极片单体包括锂极片及与所述锂极片电连接的集流件，所述集流件包括多个集流体，各所述集流体分别与所述锂极片电连接。

（金属锂电池的局部结构示意图，电芯100，负极片单体110，正极片单体120，隔膜片130，锂极片111，集流件112，各集流体113，负极极耳200）

不过，提高电池容量的阻碍之一是，覆盖在负极极片上的集流体部分，会阻隔电解液与被覆盖的负极极片上的活性物质发生反应，降低负极活性物质的利用率，进而降低电池的容量。

基于此，相对于传统整片式集流件，亿纬锂能提供的技术能够进一步使得各集流体累加的面积比传统整片式集流件的面积更小，以及各集流体累加的重量比传统整片式集流件的重量更小，从而能够进一步地提高负极活性物质的利用率以及提高电池容量。

其次，由于重量更小，能够提高功率密度，采用该金属锂电池，能够实现软包电池大电流放电，提高放电比能量。此外，在达到更高电学效果和散热效果的同时，还能够节省集流件的原材料。

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