锂金属负极由于其超高的理论比容量(3860 mAh/g)以及最负的电极电势(-3.04V vs. 标准氢电极)被誉为电池负极材料的“圣杯”。但锂金属电池在装配过程中需要使用锂金属带,这给实际加工和电池组装带来了极大的困难。与此同时锂金属的高昂成本和制备、使用过程中的安全风险也限制了锂金属电池的规模应用。
无负极锂金属电池(也称为无负极锂电池)是一种新型的电池技术,相对于传统锂离子电池,其设计旨在提高能量密度和电池性能。在这种电池中,锂金属在充电过程中会沉积在阳极上,而在放电过程中会被消耗掉。
具体来说,锂的来源可以分为以下几个方面:
1. 电解质中的锂离子:在无负极锂金属电池中,电解质中含有锂盐(如LiPF6、LiBF4等),这些盐在溶解于溶剂中后会释放出锂离子。在电池充电过程中,锂离子会在负极(通常是铜箔)上沉积,形成锂金属层。
2. 正极材料中的锂:电池的正极通常是由锂化合物(如LiCoO2、LiFePO4等)构成,这些材料在充放电过程中会释放和吸收锂离子。在放电过程中,锂离子从正极材料中脱出,通过电解质移动到负极,并在负极上沉积形成锂金属层。
无负极锂金属电池是锂金属电池的升级版本,在充电过程中,锂离子在负极铜集流体表面与电子结合,沉积一层锂金属;在放电过程中,沉积在负极铜集流体上的锂金属发生溶解,重新回到正极当中,如此反复。由于没有了负极活性材料,这就使得无负极锂金属电池在兼顾高能量密度同时,体积能量密度和安全性得以提升,制造成本也大幅下降。金羽新能开发了二代无负极锂金属电池产品。该公司推出的代表型号拥有15Ah的容量,其质量能量密度超过420Wh/kg,体积能量密度则超过1100Wh/L。
在获得客户样品验证通过的基础上,金羽新能进一步克服了多项无负极锂金属电池量产技术难题,这包括超薄铜箔的快速切叠技术、新型电解液的大批量制备,以及体积膨胀的约束工艺。在实际飞行测试中,使用这种新电池的无人机续航时间从30分钟显著提升到了60分钟以上,大幅扩展了无人机的作业范围。