“负极都使用金属锂。”近日，中国锂业巨头，赣锋锂业表示，其二代混合固态锂电池采用金属锂作为负极，开发的高比能电池能量密度达到420Wh/kg，循环寿命超过700次。
随着固态电池的开发和量产，原先限制锂金属负极应用的锂枝晶问题正在被解决，新的技术不仅可以抑制锂枝晶的生长，固态电解质隔膜更可以防止其刺穿隔膜导致电池短路。
继硅碳负极之后，锂金属负极正在成为固态电池的新宠，也将成为锂资源应用的最新市场。
固态电池“激活”金属锂
随着固态电池技术的深入研发和产业化应用，金属锂电极，作为锂电池的终极负极正在被重新“激活”。
其实，在20世纪70年代，使用锂金属直接作为负极材料，就曾经引起科研界的重视。但由于其容易形成枝晶而存在高安全风险，锂金属负极的商业化失败，碳基负极材料占据主导地位。
从原理上来讲，锂电池的最理想负极其实就是锂金属本身。在电池放电时，锂金属负极中的锂原子失去电子，发生氧化反应，变成锂离子，锂离子从负极脱出，经过电解液迁移到正极，进而完成整个电池反应。在这个过程中，其实锂金属负极具有高理论能量密度的巨大优势，一直是锂电池负极的一种终极追求。
然而，有一利必有一弊。由于单纯的锂金属作为负极，也存在锂枝晶生长、体积膨胀等问题，随着电池充放电，锂元素会沿着锂金属表面生长出新的枝杈，被称为锂枝晶。在原有液态锂电池系统中，随着这些锂枝晶的生长往往会穿过液体电解质，进而刺穿隔膜，最终导致整个电池的短路，引起电池失效，甚至是电池的自燃、爆炸。
正是为了解决这一问题，人们不得不把锂元素更多地放在电池的正极材料中，诸如磷酸铁锂、钴酸锂等材料目前被广泛应用。而负极则选择采用石墨材料，利用它的多孔性，等于给锂元素搭建一个楼房，不仅能装下更多锂原子，还能防止枝晶的生成和体积的膨胀。之后，人们为了能够增加锂电池的能量密度，还引入了硅元素，利用硅原子吸附性更强的原理，增加负极锂原子的数量，因此产生了硅碳负极材料。
但是，现在好了，随着固态电解质、固态隔膜技术的发展，锂金属产生枝晶、刺破隔膜的问题终于有了解决的希望。其原理也很简单，电解质都已经变成了固体，固态电解质具有较高的机械强度，能够抑制锂枝晶的生长和刺穿，减少因锂枝晶导致的内部短路和安全隐患。同时，固态电解质在锂金属负极表面能形成稳定的固态电解质界面（SEI），减少锂金属与电解质之间的副反应，提高界面稳定性。
从某种程度上来说，固态电池的发展，使得锂金属负极的直接应用成为了可能。
头部企业躬身入局，固态电池加速迭代
据最新消息，目前已有多家头部企业已经入局锂金属负极。
其中，4月21日宁德时代也发布了“自生成负极技术”，通过精准调控纳米级界面组分与结构，使离子传导速度提升两个数量级，攻克了锂金属负极的循环衰减的瓶颈。该技术使电池存储性能提升300%，能够将电池的体积能量密度提升60%以上，重量能量密度提升50%以上。
5月13日，赣锋锂业也表示，已经突破了锂金属负极的产业化门槛，以金属锂负极技术为核心，推动高比能电池量产。其二代混合固态锂电池采用金属锂作为负极，开发的高比能电池能量密度达到420Wh/kg，循环寿命超过700次，并开发出能量密度达到500Wh/kg的样品，可通过200℃热箱与针刺等严苛的安全测试。
天齐锂业目前则是通过与北京卫蓝新能源合作，研发预锂化负极材料、金属锂负极及锂基合金负极材料。其预锂化实验室建设项目已竣工验收，并完成两套负极预锂化设备工艺开发。此外，孚能科技、欣界能源等企业在固态电池研发中心，也采用了金属锂负极的路线。
锂金属负极的应用说明中国在固态电池领域在推进固态电解质替换电解液的同时，也已经同步开启了第二阶段的探索。
按照锂金属的理论比容量3860 mAh/g计算，它是现在碳负极材料理论比容量372 mAh/g的10倍多，考虑到实际应用时的各种影响因素，如果正极采用高镍三元材料，则电池的能量密度有可能做到500Wh/kg。同时，在充电速度、轻量化设计、温度控制等方面，固态电池结合锂金属负极也有较大优势。这使得新一代锂金属固态电池在新能源汽车、航空航天、消费电子等领域具有广阔的应用前景。
金属锂+超薄锂带，赣锋、天齐纷纷加码
除了带动固态电池的更新迭代外，锂金属负极的研发与应用，也将带动锂资源市场新增需求的进一步增长。
作为锂资源的主要应用，包括锂电池、玻璃与陶瓷，以及锂基润滑剂的生产。其中锂电池一项就占了全球锂消耗量的60%。而其中绝大部分又是用于生产磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等锂电池正极材料。
然而，随着传统锂电池的需求增长低于预期，导致锂电池正极材料相关产业纷纷陷入产能过剩的局面。在这种背景下，锂金属负极的成功应用无疑使人眼前一亮。相关研究机构预测，尽管目前金属锂负极的产业化尚处于初期，需求量很小，但是随着固态电池产业化的突破和量产，预计2030年市场规模将超过百亿元，需求也将超过2.5万吨。
也许正是基于这一长远预期，目前赣锋锂业、天齐锂业作为我国主要的两大锂资源企业也已经开始布局。
其中，2024年，赣锋锂业在江西新余的4GWh混合固液电池产线已投产。同时，其在江西宜春和奉新拥有合计2150吨的金属锂产能，青海年产1000吨金属锂项目也已部分进入试生产阶段。
同时在锂金属负极加工上，赣锋锂业的超薄锂带已具备量产能力，可针对循环性能、加工性能、电化学稳定性等各类需求提供对应的解决方案。赣锋锂业表示，目前公司已实现 300mm 宽度的超宽幅超薄锂带量产；铜锂复合带中锂箔厚度可达到 3 微米。以超薄锂带或铜锂复合带作为负极的金属锂电池被认为是最具发展潜力的电池，搭载锂金属负极的赣锋固态电池能量密度可超过500Wh/kg。
而对于天齐锂业来讲，其已经在年报中表示，重庆铜梁生产基地现有 600 吨/年金属锂产能，对公司布局固态电池领域拥有重要意义。同时，天齐锂业还在推进年产1000吨金属锂及配套原料的项目建设。此外，针对金属锂材料在新一代电池领域的运用，天齐锂业也已成功制备出厚度在 10 微米以下的超薄锂膜样品，并通过卷对卷（R2R）工艺实现了稳定产出。
除了上述两家企业外，目前，盛新锂能、中能锂业、亿纬锂能等上市企业也都在纷纷布局超薄锂带作为锂金属负极材料的应用。
